VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Источник жизни
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Вода является основой жизни на нашей планете. Она покрывает две трети поверхности Земли, оказывает влияние практически на все процессы, которые происходят на нашей планете. Живой мир состоит из воды на 70–95%. Вода — второе по значимости вещество после кислорода для человеческого организма. Известно, что наши тела состоят почти на две трети из воды. Неслучайно человек может жить без пищи более 4 недель, а без воды — не более 7 дней. Для поддержания водного баланса необходимо ежедневно употреблять 2–3 литра жидкости. Вода - это, с одной стороны, простая, но с другой, самая сложная и таинственная субстанция на Земле. Воде посвящено огромное количество научных трудов, но до сих пор она остается неизученной до конца.
По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в настоящее время 1,2 млрд. человек не имеют чистой питьевой воды в необходимом количестве, миллионы людей умирают ежегодно от болезней, вызванных растворенными в воде веществами. В январе 2008 года на Всемирном экономическом форуме ООН (World Economic Forum Annual Meeting 2008), проходившем в Швейцарии, утверждалось, что к 2025 году население более половины стран мира будет испытывать недостаток в чистой воде, а к 2050 году — 75%. Постоянно увеличивается количество как привычных загрязнителей (тяжелых металлов, продуктов нефтеперегонки) и их канцерогенных соединений, так и паразитов, патогенных бактерий и вирусов. Увеличивающееся население Земли, продолжающийся рост потребления воды — особенно в производстве, сельском хозяйстве и энергетике — тянет за собой и большие затраты водных ресурсов из традиционных источников. И для того чтобы избежать водного кризиса, разрабатываются новые технологии очистки и дезинфекции воды, её опреснения, а также методы её повторного использования.
Наш военный городок Тоцкое Второе располагается на берегу главной водной артерии нашего района – реки Самарка. На сегодняшний день численность населения составляет 10628 человек. И меня очень заинтересовал вопрос: а что же происходит с водой у нас после ее использования, куда она поступает, и наносят ли урон эти сточные воды экологии реки Самарка?
Актуальность работы: по данным информационных материалов о водной стратеги России до 2020 года 72 % сточных вод сбрасываются в водные объекты недостаточно очищенными, а 17 % не подвергаются очистке вовсе.
Цель работы: исследовать механизмы и эффективность очистки сточных вод очистными сооружениями, расположенными на территории села Тоцкое Второе.
Задачи:
1.Изучить научную и публицистическую литературу по экологическому состоянию воды в стране и в мире.
2.Изучить состав сточных бытовых вод.
3.Изучить технологию очистки сточных бытовых вод очистными сооружениями на территории с. Тоцкое Второе.
4.Проанализировать эффективность процесса очистки сточных вод в нашем военном городке.
Объект исследования: состояние сточных вод нашего городка на разных этапах очистки в очистных сооружениях села Тоцкое Второе.
Предмет исследования: эффективность применяемых технологий очистки сточных вод на очистных сооружениях села Тоцкое Второе.
Методы исследования: анализ литературных источников, наблюдение, визуальная субъективная оценка, лабораторный анализ, сравнение.
Глава 1. Вода – незаменимый ресурс
Экологическое состояние воды сегодня
Вода - самое распространённое неорганическое соединение на нашей планете. Вода - основа всех жизненных процессов, единственный источник кислорода в главном движущем процессе на Земле - фотосинтезе. Вода присутствует во всей биосфере: не только в водоёмах, но и в воздухе, и в почве, и во всех живых существах. Последние содержат до 80-90 % воды в своей биомассе. Потери 10-20 % воды живыми организмами приводит их к гибели. Большая часть всей воды на нашей планете сосредоточена в морях и океанах. Запасы пресной воды составляют всего 2-3 % . Большая часть пресных вод (85%) сосредоточена во льдах полярных зон и ледников.
Возобновление пресных вод происходит в результате круговорота воды. Роль человека в процессе круговорота воды в природе стала очень значительной. Всем известно, что чистая вода (и пресная, и морская) уже стала проблемой серьёзной, приобретающей глобальный размах. Уже стало печальным фактом то, что некоторые государства для пищевых целей не употребляют собственную воду, им приходится импортировать её из других стран. Например, США закупают пресную воду в Канаде, ФРГ - в Швеции, Нидерланды импортируют пресную воду из Норвегии, Саудовская Аравия - из Малайзии. Пресная вода стала товаром мировой торговли: её транспортируют в морских танкерах по дальним водопроводам. Разрабатываются проекты буксировки айсбергов из Антарктики, которая каждое полярное лето отправляет в плавание 1200 млн. т законсервированной в них пресной воды.
Если рассматривать территорию Российской Федерации, то нехватка водных ресурсов ощущается в Республике Калмыкия, Белгородской и Курской областях, Ставропольском крае, отдельных района Южного Урала. Да и сама Оренбургская область относится к маловодным районам. Некачественную же по санитарно – химическим и микробиологическим показателям питьевую воду потребляет часть населения Ингушетии, Калмыкии, Карелии и некоторых других регионах страны.
Таким образом, одна из главных проблем, существующих сегодня, загрязнение пресных вод - попадание различных загрязнителей в воды рек, озер, подземных вод. Происходит при прямом или непрямом попадании загрязнителей в воду в отсутствие качественных мер по очистке и удалению вредных веществ.
В большинстве случаев загрязнение пресных вод остаётся невидимым, поскольку загрязнители растворены в воде. Но есть и исключения: пенящиеся моющие средства, а также плавающие на поверхности нефтепродукты и неочищенные стоки. Есть несколько природных загрязнителей. Находящиеся в земле соединения алюминия попадают в систему пресных водоёмов в результате химических реакций. Паводки вымывают из почвы лугов соединения магния, которые наносят огромный ущерб рыбным запасам.
Однако объём естественных загрязняющих веществ ничтожен по сравнению с производимым человеком. Ежегодно в водные бассейны попадают тысячи химических веществ с непредсказуемым действием, многие из которых представляют собой новые химические соединения. В воде могут быть обнаружены повышенные концентрации токсичных тяжёлых металлов (как кадмия, ртути, свинца, хрома), пестициды, нитраты и фосфаты, нефтепродукты, поверхностно-активные вещества (ПАВ’ы), лекарственные препараты и гормоны, которые также могут попасть в питьевую воду. Как известно, ежегодно в моря и океаны попадает до 12 млн тонн нефти.
Определённый вклад в повышение концентрации тяжёлых металлов в воде вносят и кислотные дожди. Они способны растворять в грунте минералы, что приводит к увеличению содержания в воде ионов тяжёлых металлов. С атомных электростанций в круговорот воды в природе попадают радиоактивные отходы.
Сброс неочищенных сточных вод в водные источники приводит к микробиологическим загрязнениям воды. По оценкам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) 80 % заболеваний в мире вызваны неподобающим качеством и антисанитарным состоянием воды. В сельской местности проблема качества воды стоит особенно остро — около 90 % всех сельских жителей в мире постоянно пользуются для питья и купания загрязненной водой.
Именно поэтому одной из основных целей Федеральной целевой программы «Вода России» стала цель сохранения и восстановления водных объектов до состояния, обеспечивающего экологически благоприятные условии жизни людей.
1.2 Состав бытовых сточных вод
Жители наших пятиэтажных канализируемых домов используют воду для бытовых нужд: стирают белье, моют посуду, купаются, пользуются унитазом в целях гигиены, а некоторые умудряются сливать в унитаз химические вещества. Такие сточные воды называются хозяйственно-бытовыми или просто бытовыми. Этот сток изучен и определен его состав. (Приложение 1).
Грязная вода может содержать просто огромное количество веществ. Все они различаются по крупности, причем этот диапазон очень широк: в составе есть крупные куски примесей размером до нескольких сантиметров и полурастворенные или вовсе растворенные вещества, которые можно увидеть только через микроскоп.
Растворенные и полурастворенные осаждающиеся вещества, которые находятся в сточных водах, — это в преимущественно органические вещества (около 58%), являющиеся, по сути, продуктами живой природы. Учитывая тот факт, что они являются не чем иным, как химическими соединениями углерода, они могут гореть в сухом состоянии. Остальные вещества (42%) – неорганические: песок, глина и т.д. Эти продукты не горят. Органические вещества всегда разлагаются через определенный срок. Убедится в этом достаточно легко, просто оставив открытым на несколько дней сосуд со сточной водой и с осадком. Этот осадок через 2-3 дня будет превращаться в гниющую массу с противным запахом. При этом даже вода будет загнивать, что также достаточно просто определить по неприятному запаху. В этой воде будет еще иметься много органических разлагающихся веществ. В лабораторных условиях, процедив эту воду через фильтр, можно убрать органические вещества, которые останутся на фильтре. Сама вода будет полностью прозрачной. Но даже от нее через некоторое время будет исходить плохой запах. Это говорит о наличии уже в фильтрованной воде чрезвычайно мелких органических веществ, которые фильтр удержать не смог. Именно они, продолжая разлагаться, источают этот запах. Данный опыт наглядно демонстрирует, что очистка сточных вод невозможна только фильтрованием и выделением осадков – отстаиванием. В воде все равно остаются мелкие органические вещества, продолжающие гнить после фильтрования.
Таким образом, бытовые воды, сбрасываемые в канализацию, состоят из 99.9% воды и 0.1% твердых веществ:
нерастворимые примеси (в виде пены, эмульсии) – частицы песка, грунта, овощей;
растворенные вещества – растворившиеся загрязнения, газы;
коллоидные частицы – вещества кислотной природы.
По природе образования различают:
минеральные загрязнения – песок, глина, минеральные масла;
органические загрязнения – останки растений, плодов, бумаги, физические выделения людей и животных;
бактериальные и биологические загрязнения – микроорганизмы (дрожжевые и плесневые грибки, водоросли и бактерии, в том числе болезнетворные)
Исходя из вышесказанного, мы делаем вывод, что очистка бытовых сточных вод не может ограничиваться только фильтрованием. Данный процесс должен содержать целый комплекс мероприятий, направленный на механическую, биологическую и химическую степени очистки.
1.3 Существующие способы очистки бытовых сточных вод
На сегодняшний день существует множество способов водоочистки. От нас зависит, какой из них выбрать и использовать, какой из них будет более приемлемым в той или другой ситуации и принесёт большую эффективность. Для очистки сточных вод применялись и применяются различные методы: механический, химический, физико-химический, биохимический.
Сначала сточная вода поступает в специальные ёмкости - отстойники вод, а уже затем идёт на очистку. В большинстве случаев, первой ступенью очистки становится механическое очищение, здесь задерживается 20 - 30 % загрязнений.Следующие системы очистки, как правило, биологические. Механическая обработка воды предусматривает удаление из неё примесей за счёт фильтрования и отстаивания. К числу прогрессивных способов этой очистки вод относится процеживание их через различные фильтрующие среды: сетчатые фильтры, микросетки, ткани, зернистые материалы и т.п. Методы механической очистки совершенствуются и обновляются.
Отстаивание вод может быть заменено флотацией, которая представляет технологический процесс, основанный на принципе всплывания дисперсных частиц вместе с пузырьками воздуха. Подобный метод применяется для удаления из сточных вод волокон, масел нефтепродуктов и других нерастворимых в воде веществ с развитой поверхностью и мало отличающейся от воды плотностью.
Химическая очистка вод проводится с применением различного рода реагентов и широко применяется в химической и текстильной промышленности, цветной и чёрной металлургии, в машиностроении, производстве синтеза органических веществ, химико-фармацевтической и во многих других видах промышленности и позволяет избавиться от различных примесей, например, красителей, жиров, цинка, хрома, никеля, кислот и других веществ.
Биохимическая очистка, которая широко применяется для очистки хозбытовых сточных вод, как правило, успешно справляется и с городскими стоками, содержащими большое количество промышленных стоков.
В области биохимической очистки сточных вод всё большее применение находит двухступенчатая очистка сточных вод в аэротенках. Исследования показали, что путём применения химических и физико-химических методов очистки можно обеспечить практически любую степень очистки сточных вод.
В последнее время по мере накопления положительного опыта эксплуатации всё большее внимание привлекают методы доочистки сточных вод органического происхождения в биологических прудах. Широкое использование природных процессов самоочищения в биологических прудах в ряде случаев выгодно дополняет индустриальные способы очистки стоков. Такое сочетание позволяет удешевить очистку, упростить эксплуатацию и гораздо успешнее решить проблему санитарной охраны поверхностных водоёмов.
Глава 2. Технология очистки сточных бытовых вод на территории с. Тоцкое Второе
2.1 Историческое развитие очистных сооружений на территории с. Тоцкое Второе
О чистные сооружения на территории военного городка впервые появились в 1965 году. Тогда была построена первая очередь, пропускная способность которой составила 1300 м3 в сутки. В 1980 году вместе с увеличением населения увеличилось количество сточных бытовых вод, поэтому было принято решение построить вторую очередь с пропускной способностью 2700 м3 в сутки. В 1992 году была достроена третья очередь с пропускной способностью 1400 м3 в сутки.
Таким образом, на сегодняшний день очистные сооружения нашего военного городка обрабатывают до 5400 м3 сточных бытовых вод в сутки (Приложение 2).
Рисунок 1. Вход на очистные сооружения.
2.2 Механизм и эффективность очистки сточных бытовых вод на примере очистных сооружений второй очереди
Рассмотрим механизм очистки бытовых сточных вод на примере линейки второй очереди.
Технология очистки состоит из трех этапов.
1 этап – механическая очистка. Очистка сточных бытовых вод на сооружениях второй очереди (Приложение 2) начинается с приемной камеры - решетки. Здесь задерживается самый крупный мусор, который с периодичностью 2 раза в час счищается сотрудниками – операторами решетки. Далее сточные воды проходят через песколовку. С помощью круговых вращений винтов песколовки в течении 30 секунд сточная вода освобождается от песка и крупных ч астиц (27 кг в сутки).
Рисунок 2. Песколовки, используемые на очистных сооружениях с. Тоцкое Второе
З атем вода проходит через распределительную камеру и попадает в первичный отстойник. Здесь в течение 3 часов вода отстаивается, ил оседает на дно, а крупные частицы убираются ковшом в сбраживатель. Отстоянная вода далее попадает в аэротенки, а ил (2,72 г/л) с помощью эрлифта скачивается в распределительную камеру.
Рисунок 3. Первичный отстойник
2 этап – биологическая очистка.
В аэротенках вода очищается с помощью аэробных микроорганизмов. Микроорганизмы поедают загрязнения, затем друг друга, и за счёт этого вода очищается, после перемешивания активный ил выпадает в осадок на дно (2,72 г/л), а сверху остаётся очищенная вода, которая затем отправляется на доочистку. Так как ил имеет свойство расти и увеличивать объёмы, то его излишки откачивают.
Экосистема активного ила представляет собой заселенный большим числом разнообразной микрофлоры коллоидный раствор. Наиболее типичными его «обитателями» выступают:
раковинные одноклеточные амебы арцелла и эуглифа, трофическую и двигательную функцию и которых выполняют ложноножки, выпускаемые из устья раковины;
виды одиночных и колониальных инфузорий: туфелька, хармонихилл, циклидиум, кархезиум, циклидиум, эплотес, оксидриха, стилонихия, аспидиска;
обширная группа флокуляционных бактерий, представленная преимущественно псевдомонадами и бациллусами, а также формами, живущими за счет расщепления аммонийных и более сложных соединений азота, целлюлозы, различных жиров;
жгутиконосцы: астазия, перанема, бодо, политома;
коловратки: катипна, филодина, моностила, нотоматта;
круглые и малощетинковые черви, актиномицеты, грибы и дрожжи.
В целом видовой состав активного ила крайне многообразен, может изменяться в зависимости от сезона года, состава стока, условий аэрации, типа станции биологической очистки сточных вод (Приложение 3).
На качество воды в аэротенках влияют 3 фактора:
Период аэрации сточной воды.
Концентрация активного ила.
Степень регенерации расхода воздуха.
Р асход воздуха необходимо поддерживать на уровне 22 мг/л. Продолжительность аэрации составляет 6 часов за сутки. Суточное загрязнение аэротенков составляет 473 кг. Рисунок 4. Аэротенк
В о вторичном отстойнике происходит полное отстаивание стоков не менее 2,5 часов. Затем практически очищенная вода проходит через лоток Паршаля, где и происходит измерения количества выходящих сточных вод. Рисунок 5. Лоток Паршаля.
Далее вода попадает в сборный колодец, откуда потом направляется в биопруды, где происходит доочистка с помощью бактерий. Доочистка происходит путем естественной аэрации. Микроорганизмы поступают с очищенной водой, а так же развиваются непосредственно в прудах.
Используется процесс самоочищения водоемов. Небольшая глубина прудов (0,6-1 м) создает незначительную поверхность соприкосновения воды с воздухом и благоприятные условия для насыщения воды кислородом, а неб ольшой уклон в сторону водосливных сооружений – возможность полного опорожнения прудов. Рисунок 6. Биопруды
Недостаток – продолжительность нахождения сточных вод в прудах, что снижает эффект очистки.
3 этап – химическая очистка.
В заключении вода проходит через контактный резервуар, где происходит обеззараживание хлором. После трехступенчатой очистки данные сточные воды сбрасываются в реку Самарка. Рисунок 7. Контактный резервуар.
Для оценивания эффективности очистки сточных бытовых вод лаборантами данной организации постоянно берутся пробы на месте сброса сточных вод и на 500 метров выше по течению непосредственно из реки Самарка, чтобы исключить факторы, способные исказить показатели очистки (Приложение 4).
В процессе исследования нами неоднократно были взяты пробы сточных вод на месте сброса в реку Самарку. Все полученные результаты не отклонились от норм, установленных на данных очистных сооружениях.
Таким образом, исследуя весь процесс и эффективность трехступенчатой очистки сточных бытовых вод села Тоцкое Второе, мы можем сделать вывод, что полученная очищенная вода, сбрасываемая в реку Самарка, соответствует всем санитарно-эпидемиологическим нормам, а значит не может нанести вред при попадании ее в почву или при использовании ее в населенных пунктах, которые находятся ниже по течению.
Рисунок 8. Нормативы состояния сточных вод после очистки.
Заключение
Воду можно назвать самым ценным ресурсом на нашей планете. Вода источник жизни на Земле для всех живых организмов, которые на ней обитают. Для человека вода - источник жизни, необходимый продукт, строительный материал для организма, она ценнее нефти, железа, газа и угля. Вода для человека является источником пищи, основой гигиены, выступает в качестве путей сообщения, является источником электроэнергии. Без воды невозможна и сама цивилизация.
На сегодняшний день человечество является основным потребителем водных ресурсов. В статье 42 Конституции РФ сказано: "Каждый имеет право на благоприятную окружающую среду, достоверную информацию о ее состоянии и на возмещение ущерба, причиненного его здоровью или имуществу экологическим правонарушением". Но мы очень часто забываем, что вместе с правами приходят и обязанности. А между тем статья 58 Конституции РФ гласит: «Каждый обязан сохранять природу и окружающую среду, бережно относиться к природным богатствам». (Приложение 5). Но так ли важны ссылки на букву закона, если каждый из нас сердцем задумается, какой он оставит след на нашей планете? Думаю, нет. Ведь только нам решать, каким воздухом будет дышать и какую воду будет пить следующее поколение, да и какой источник жизни будет у всего человечества! В наших силах все изменить к лучшему, а значить подарить здоровую, долгую и счастливую жизнь нашим детям и нашему общему дому под названием Земля!
Перечень используемых источников
Беличенко Ю.П., Лаптев И.П. «Проблема охраны водных ресурсов ».— Томск « ТГУ», 1978 г.
Криксунов Е.А., Пасечник В.В. «Экология - 10(11) ».- М.: «Дрофа» , 2002г.- 252с.
Миркин Б. М. Экология России. М.: Устойчивый мир, 2000г.
Портал Русского национального культурного центра «Русский дом» / http://rusnardom.ru/voda-istochnik-zhizni-na-zemle/
Рандольф, Рудольф «Что делать со сточными водами». Перевод с немецкого: Палеес И.Б. Стройиздат. Москва. 1987 г./Rudolf Randolf Wohin mit VEB Verlag für Bauwesen. DDR. Berlin. 1970 dem.
Федеральный информационный портал «Вода России» / http://voda.org.ru
Хефлинг Г. «Тревога в 2000 году ».- М.: « Мысль » , 1992 г.- 275 с.
Экологический портал «Эколог» / http://ekolog.org
Приложение 1
Характеристика бытового стока (усредненная), который отводится людьми населенных пунктов
|
№ |
Загрязняющее вещество |
Концентрация, мг/л |
|
1 |
Биологическое потребление кислорода |
180 |
|
2 |
Азот аммонийный |
18 |
|
3 |
Хром (+3) |
0,003 |
|
4 |
Нефтепродукты |
1 |
|
5 |
Алюминий |
0,5 |
|
6 |
ХПК |
250 |
|
7 |
Хром (+6) |
0,0003 |
|
8 |
Фосфор фосфатов |
2 |
|
9 |
Фенолы |
0,005 |
|
10 |
Кадмий |
0,0002 |
|
11 |
Марганец |
0,1 |
|
12 |
Сульфаты |
40 |
|
13 |
Фториды |
0,08 |
|
14 |
Взвешенные вещества |
110 |
|
15 |
Медь |
0,02 |
|
16 |
Ртуть |
0,0001 |
|
17 |
СПАВ (анионные) |
2,5 |
|
18 |
Хлориды |
45 |
|
19 |
Жиры |
40 |
|
20 |
Железо общее |
2,2 |
|
21 |
Цинк |
0,1 |
|
22 |
Свинец |
0,004 |
|
23 |
Сухой остаток |
300 |
|
24 |
Никель |
0,005 |
Приложение 2
Макет очистных сооружений
Процесс очистки сточных бытовых вод на линии второй очереди
Сбраживатель
Аэротенк
Первичный
отстойник
Приемная
камера
Песколовка
Распределительная
камера
камера
Вторичный отстойник
Сбраживатель
Лоток
Паршаля
Сборный колодец
Биопруды
Контактные резервуары
Сброс в р.Самарка
Приложение 3
О рганизмы активного ила.
Приложение 4
Лабораторные исследования
Приложение 5
Экологический урок