VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Фильтрация воды в природе

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Добун К.Н. 1

---

1Красноярский краевой Дворец пионеров

Ермош Н.В. 1

---

1Красноярский краевой Дворец пионеров

Работа в формате PDF

1.5 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность.

Вода – важнейший ресурс для выживания. Организм человека непрерывно теряет жидкость в процессе потоотделения. Активная физическая работа, перемещение по пересеченной местности только ускоряют потери жидкости в организме. Общеизвестно, что основой процессов обмена веществ является вода. Без пополнения этого запаса человека ждет обезвоживание и гибель, причем быстрая, в течении считанных дней [1].

В своей работе мы хотим исследовать, какой природный фильтр и способ фильтрации наиболее пригоден для очистки в походных условиях.

Цель: изучить природные фильтры и способы фильтрации воды и определить наиболее эффективный.

Задачи:

Изучить характеристику природных материалов пригодных для фильтрации воды в походных условиях

Провести эксперимент по пропускной способности природных материалов

Провести эксперимент по очистки воды данными материалами

Сделать сравнительный анализ по существующим способам фильтрации

Сделать выводы и рекомендации

Методы исследования:

Поиск информации

Анализ информации

Эксперимент

Описание

Измерение

Сравнительный анализ

Глава. 1. Характеристика природных материалов пригодных для фильтрации воды в походных условиях

Фильтрование (фильтрация) — это отделение жидкости или газа от взвешенных в них твердых частиц в процессе пропускания их через пористые материалы, называемые фильтрами.

Песо́к — рыхлая осадочная горная порода, а также искусственный материал, состоящий из зёрен горных пород. Очень часто состоит из почти чистого минерала кварца(вещество — диоксид кремния). Слово «песок» часто употребляется во множественном числе («пески́»), но форма множественного числа имеет и другие значения. Природный песок представляет собой рыхлую смесь зёрен, образовавшихся в результате разрушения твёрдых горных пород, размером 0,16—5 мм, масса одной песчинки может варьироваться от десятых долей миллиграмма до нескольких микрограмм. В зависимости от условий накопления могут быть аллювиальными, делювиальными, морскими, озёрными, эоловыми. Пески, возникшие в результате деятельности водоёмов и водотоков, имеют более округлую, окатанную форм [2].

Древе́сный у́голь — микропористый высокоуглеродистый продукт, образующийся при пиролизе древесины без доступа воздуха.

Га́лька — мелкий окатыш, камешек, окатанные в разной степени обломки природных камней горных пород диаметром от одного до 15 сантиметров.

Пласт или куча галек — Га́лечник. Более крупные окатанные осколки называют (в порядке возрастания): окатишами, кругляшами, булыжниками, голышами и валунами.

Окатывание остроугольных обломков происходит за счёт бесчисленных соударений обломков между собой в процессе перекатывания по дну реки или под воздействием волн прибоя. Морская галька обычно имеет более плоскую форму, чем речная. По величине гальки разделяются на мелкие (1—2,5 см), средние (2,5—5 см) и крупные (5—10 см).

Галька употребляется главным образом в дорожном строительстве, отсыпке морских пляжей, а также в декоративных целях.

Плоская или круглая форма гальки зависит, прежде всего, от структурно-текстурных особенностей породы, степени её изотропности и так далее.

По генезису гальку делят на следующие виды:

русловая галька;

прибережная (пляжная) галька.

По месту её нахождения:

морская;

речная;

и так далее [3].

Перли́т (фр. perlite, от perle — жемчуг) — горная порода вулканического происхождения.

На кромке потока лавы, в местах первичного соприкосновения магматических расплавов и земной поверхности, в результате быстрого охлаждения (закалки) лавы формируется вулканическое стекло — обсидиан. В дальнейшем под воздействием подземных вод происходит его гидратация, и, как результат, образование перлита.

Для перлита характерна мелкая концентрически-скорлуповатая отдельность (перлитовая структура), по которой он распадается на округлые ядра (перлы), напоминающие жемчужины с характерным блеском. (более 1 %). Пористость может составлять 8-40 %.

Перлит может иметь чёрную, зелёную, красно-бурую, коричневую, белую окраску различных тонов. Разновидности перлита: обсидиановый (с примесями обсидиана), сферолитовый (с примесями полевого шпата), смолянокаменный (однородный по составу), стекловатый и другие.

По текстурным признакам выделяют массивный, полосчатый, брекчиевидный и пемзовидный перлиты [4].

Глава 2. Эксперимент по пропускной способности природных материалов

Эксперимент проводился с помощью немецкой лаборатории Cornelsen (рис. 1), название кейса «Фильтрация воды» [5].

Рис. 1. Состав кейса «Фильтрация воды».

Для начала мы взяли пять грунтов: крупную гальку, мелкую гальку, песок, перлит, древесный уголь, отмерили одинаковое количества (50 гр.) и поместили в специальные емкости для фильтрования. Емкость устроена следующим образом: цилиндр для засыпки грунтов, крупное сито, мелкое сито, чаша для отфильтрованной воды с мерной градацией. Далее взяли одинаковое количество воды (50 мл) и одновременно вылили в приготовленные грунты (рис. 2, 3, 4).

Рис. 2, 3, 4. Ход эксперимента по пропускной способности грунтов.

Рис. 5. Количество воды в итоге.

Прохождение воды замеряли по времени. У каждого грунта получилось свое время, которое мы заносили в итоговую таблицу (таб 1). Так же мы измеряли, сколько воды получилось на выходе (рис. 5). Но пропускная способность грунтов показывает только какой грунт быстрее пропускает воды и количество воды на выходе, но не очищает ее, поэтому мы еще провели эксперимент по очистки воды.

Глава 3. Эксперимент по очистки воды данными материалами

Для эксперимента по очистки воды грунтами, мы также использовали оборудование Cornelsen. Специальным химическим красителем мы окрасили воду (рис. 6) и приготовили для каждого грунта по 50 мл данного раствора. Далее, мы одновременно вылили готовый раствор в каждую емкость с грунтами. Интенсивность окрашивания мы оценивали визуально (рис. 7). Итоги, данного эксперимента мы занесли в таблицу 1.

Рис

Рис. 6. Рабочий раствор Рис. 7. Интенсивность окрашивания на выходе.

Таблица 1. Итоги экспериментов.

Из таблицы 1 мы видим, что пропускная способность лучше всего у крупной и мелкой гальки. Количество воды на выходе сохраняется также у данных грунтов, но качество очистки лучше всего у древесного угля и перлита. На основе проделанных экспериментов мы можем сделать вывод, что скорость просачивания не влияет на качество очистки, а так же при фильтрации воды нужно учитывать количество воды на выходе.

Глава 4. Сравнительный анализ по существующим способам фильтрации

Мы проанализировали существующие способы фильтрации и взяли за основу один из выпусков передачи «Галилео», где определили 5 основных методов очистки воды [6].

Рис. 8 Название способа Рис. 9. Устройство триноги.

Сооружается тринога с тремя ярусами: верхий ярус- листья растений, средний ярус- песок, нижний ярус- древесный уголь (рис. 8, 9). Любой портативный тестер измеряет количество тяжелых частиц в воде (total dissolved solids – TDS) в PPM (part per million) от 0 до 1000 (иногда до 10000) . Чем выше значение — тем хуже вода и тем менее она пригодна для использования в пищу. Допустимая норма — 100-300 [7].

К ак видно из рисунка 10, вода пропущенная через такой фильтр пригодная для питья. Данный способ подходит для полевых условий.

Рис. 10. Результат способа №1.

Рис. 11. Название способа Рис. 12. Серебро в воде.

В данном способе используется серебрянная цепочка, поскольку серебро обладает антисептическими свойствами (рис. 11, 12). Но результат показал 260 частиц в воде, данная вода не пригодна для питья, так как серебро не очищает воду, а лишь помогает ей оставаться длительное время свежей и не убирает примеси.

Рис. 13. Название способа Рис. 14. Выемка рядом с водоемом

В 1 метре от водоема выкапывается яма, которая состоит из песка, мелких камней и глины (рис. 13, 14). Такому способу часто обучают в спецназовских подразделениях, но результат показал 190 частиц, такую воду не рекомендуют употреблять.

Рис. 15. Название способа Рис. 16. Измельченная кожура банана.

Этот способ основан на бананой кожуре (рис. 15). Надо взять кожуру, измельчить ее на мелкие кусочки, положить в тряпочку или марлю и пропустить через нее воду (рис. 16). Результат показал 150 частиц, такую воду можно использовать в пищу. В чем секрет, дело в том, что частицы банана в воде становяться отрицательно заряженными, и поэтому они притягивают положительно заряженные частицы, такие как кадмий, никиль, и даже уран.

Рис. 17. Название способа Рис. 18. Пакет с водой на солнце.

В данном способе вода наливается в полиэтиленовый пакет и подвешивается на солнце (рис. 17, 18). Считается, что ультрофиалетовые лучи убивают все патогенные бактерии, но результат показал 220 частиц, такую воду нельзя пить, так как свет не убирает вредные примеси.

На снове нашего анализа мы следали диаграмму.

Диаграмма 1. Сравнительный анализ способов фильтрации воды в походных условиях.

Как мы видим из диаграммы №1 самым лучшим способом оказался банановый, но если сочетать несколько способов вместе (ультрафиолетовый и подземный, проверенный и антисептический), то можно добиться хороших результатов.

Заключение

На основе проделанной работы мы можем сделать следующие выводы:

На основе изучения характеристики мы определили следующие природные материалы, которые мы можем встретить в нашей местности: песок, мелкая и крупная галька, древесный уголь.

По итогам наших экспериментов мы определили, что пропускная способность лучше всего у крупной и мелкой гальки. Количество воды на выходе сохраняется также у данных грунтов, но качество очистки лучше всего у древесного угля и перлита. Скорость просачивания не влияет на качество очистки, а так же при фильтрации воды нужно учитывать количество воды на выходе.

Проведя сравнительный анализ различных способов фильтрации, мы сделали вывод, что самым лучшим способом оказался банановый, но если сочетать несколько способов вместе (ультрафиолетовый и подземный, проверенный и антисептический), то можно добиться хороших результатов.

Рекомендации:

Мы рекомендуем полученный нами результат туристам, путешественникам и просто обычным жителям, кто очень любит бывать на природе, для обогащения своих знаний по выживанию в экстремальных, походных условиях. Наши исследования будут продолжаться. В дальнейшем мы ходим изучить общие способы выживания в природе.

Список источников:

https://vizhivanie.com/survival/poluchenie-i-obezzarazhivanie-vody-v-dikoy-prirode/

https://ru.wikipedia.org/wiki/Песок

https://ru.wikipedia.org/wiki/Галька

https://ru.wikipedia.org/wiki/Перлит_(порода)

https://yandex.ru/video/запрос/сериал/галилео/?text=смотреть%20видео%20галилео%20фильтрация%20воды&path=wizard&noreask=1&filmId=14921740257466803733

https://gadgets-reviews.com/ru/obzory/629-kakoj-tester-dlya-vody-vybrat-8-luchshikh-devajsov.html#ixzz5igxK39Ij