научно-исследовательская работа "Современные проблемы загрязнения и очистки сточных вод"

Филиал муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения Староюрьевской средней общеобразовательной школы в с. Новоюрьево

Староюрьевского района Тамбовской области

Современные проблемы загрязнения и очистки водных ресурсов

Номинация «Вода и мир»

с. Новоюрьево

2013г

Содержание

Введение

Для каждого человека самым дорогим уголком является его Родина. Природа нашей страны, нашего края уникальна в своем первозданном виде. Обширные равнинные просторы когда-то были покрыты смешанными и  широколиственными лесами, луговыми степями. Сотни тысяч чистых родников звенели в облесенных балках, собирались в ручейки, давая жизнь полноводным чистым рекам. Обилие корма и чистая вода привлекали к себе большое разнообразие животных. В лесах можно было увидеть ток тетеревов или глухарей, стадо кабанов или бурого медведя, в чистых водах Цны Вороны плескался осетр.

Все это было, пока человек не вторгся в естественный природный комплекс. Он начал переделывать природу, создавать природные системы выгодные ему, не изучив глубину всех процессов, протекающих в естественных природных комплексах. В результате такой перестройки мы видим бескрайние просторы полей изрытых оврагами и балками, скудные лесные массивы, реки и пруды с мутной и «гниющей» водой, непригодной не только для питья, но порой и хозяйственных нужд.

Все было бы иначе, если бы человек, прежде чем что-то изменять в природе, изучил закономерности, по которым она живет и развивается. Только в таком случае взаимодействие общества и природы будет не экологической катастрофой, а радостью повседневной жизни и процветания экономики.

К сожалению, людям свойственно пренебрегать опасностью тогда, когда она для них не очевидна. Они не привыкли принимать меры предосторожности в этом случае. Правильное, научно осознанное, взаимоотношение человека и природы может предотвратить нарастание вредных факторов в окружающей среде. Задача каждого из нас уметь предвидеть и решать эту проблему. Лично я впервые задумалась о рациональном обращении с водой, как источником блага человека, два года назад, летом 2010г во время аномальной жары. 

В настоящее время проблема загрязнения водных объектов (рек, озер, морей, грунтовых вод и т.д.) является наиболее актуальной, т.к. всем известно - выражение "вода - это жизнь". Без воды человек не может прожить более трех суток, но, даже понимая всю важность роли воды в его жизни, он все равно продолжает жестко эксплуатировать водные объекты, безвозвратно изменяя их естественный режим сбросами и отходами.

         Тема моей исследовательской  работы «Современные проблемы загрязнения и очистки  водных ресурсов».

         Объект исследования - вода как источник жизни на планете Земля.

         Предмет исследования - загрязнения, влияющие на состав и качество воды и способы очистки.

         Цель – определить основные положения по проблеме загрязнения и очистки воды.

         Цель работы определила следующие задачи:

1. Проанализировать научно-популярную литературу, выявить характер проблемы  загрязнения и использования воды.

2. Рассмотреть обозначенные в литературе способы и пути уменьшения пагубного влияния человека на состояние водных объектов.

3. Определить возможность населения микрорайона школы с. Новоюрьева контролировать расход и  качество воды в бытовых условиях

         В результате я выдвинула гипотезу: если современный потребитель знает о проблемах, связанных с использованием воды, то вероятность решения этой проблемы возрастает.

         Методы исследования: анализ литературных источников, анкетирование, наблюдение и опыты.

I. Вода - ценный, абсолютно необходимый человеку ресурс

(«Водная хартия » Европейского совета 1976г.)

          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.

Может ли человеческая деятельность повлиять на процесс круговорота воды в природе? Как показывает опыт исторического развития человечества - да. С появлением жизни на Земле круговорот воды стал относительно сложным, т.к. к простому явлению физического испарения (превращения воды в пар) добавились более сложные процессы, связанные с жизнедеятельностью живых организмов.

Роль человека по мере развития его деятельности становится всё более значительной в этом круговороте.

Таким образом, в этом исследовании поднимается проблема вмешательства человека в окружающую среду, в природу, зачастую - пагубного.

          Роль человека в процессе круговорота воды в природе, да и вообще в деятельности и функционировании природных вод: рек, озёр, морей и подземных источников стала уже не просто значительной, но как мне  видится - основополагающей. Всем известно, что в настоящий момент мы предстали перед тем фактом, что чистая вода (и пресная, и морская) не становится проблемой. Она 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 .

II.Загрязнение воды

           Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод, - все это обуславливает присутствие постоянных полей загрязнения на трассах морских путей.      Объем загрязнений из этого источника составляет 2,0 млн.т./год. Со стоками промышленности ежегодно в воду  попадает 0,5 млн. т. нефти. Попадая в морскую среду, нефть сначала растекается в виде пленки, образуя слои различной мощности. Нефтяная пленка изменяет состав спектра и интенсивность проникновения в воду света. Пропускание света тонкими пленками сырой нефти составляет 1-10% (280 нм), 60-70% (400нм). Пленка толщиной 30-40 мкм полностью поглощает инфракрасное излучение. Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую - "нефть в воде" - и обратную - "вода в нефти". При удалении летучих фракций, нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности, переноситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно.
       Следующим источником загрязнения являются пестициды - искусственно созданные вещества, используемые для борьбы с вредителями и болезнями растений. Промышленное производство пестицидов сопровождается появлением большого количества побочных продуктов, загрязняющих сточные воды. 
        К числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ относятся тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк). Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединений тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий. Ртуть переносится в океан с материковым стоком и через атмосферу. В составе атмосферной пыли содержится около 12 тыс. т. ртути, причем значительная часть - антропогенного происхождения. Около половины годового промышленного производства этого металла (910 тыс. т./год) различными путями попадает в океан. В районах, загрязняемых промышленными водами,

концентрация ртути в растворе и взвесях сильно повышается. Свинец - типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Наконец, свинец активно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйственной деятельности человека. Это выбросы с

промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. 
       В результате сброса нагретых сточных вод электростанциями и некоторыми промышленными производствами происходит тепловое загрязнение поверхности водоемов. Сброс нагретых вод во многих случаях обуславливает повышение температуры воды в водоемах на 6-8 градусов Цельсия. В результате растворимость кислорода уменьшается, а потребление его возрастает, поскольку с ростом температуры усиливается активность аэробных бактерий, разлагающих органическое вещество. Усиливается видовое разнообразие фитопланктона и всей флоры водорослей.

На территории Тамбовской  области действуют примерно 90 коммунальных водопроводов, из них в сельских посёлках около 65. Не отвечает санитарным нормам около 30% коммунальных водопроводов. В основном это показатели по железу, фтору, постоянной жесткости, мутности. Наибольший удельный вес проб, не отвечающих гигиеническим нормативам, отмечается в Рассказовском, Моршанском, Мичуринском районах.

От  чрезмерных сбросов страдают наши реки, озера, пруды. Промышленные предприятия ежегодно сбрасывают в водоемы около 10 млн. кубометров сточных вод. Это приводит к изменению среды обитания фауны наших водоемов, исчезновению чувствительных к загрязнению видов животных.

Качество сточных вод – это показатель состояния и работы очистных сооружений области. Удовлетворительно работают очистные сооружения городов Тамбова, Мичуринска, Уварово. Недостаточное качество стоков отмечается в городах Моршанск и Рассказово. Сточные воды этих городов превышают нормы по фосфатам, иону аммония, нефтепродуктам. Неудовлетворительное положение с очисткой стоков в г. Кирсанове, г. Жердевке, п.г.т. Инжавино.

III.  Методы очистки воды

         Итак, исходя из представленной здесь ситуации и приведённых примеров,   мы вплотную подошли к вопросу очистки вод. Каким же образом нам следует его решать?

Решение проблемы охраны вод следует осуществлять путём проведения комплексных высокоэффективных водоохранных мероприятий, направленных на сохранение необходимого качества и достаточного количества природных вод, в основу которых должно быть положено стремление к полному или максимально возможному уменьшению степени

загрязнённости и объём промышленных стоков в процессе их образования. В основу этих мероприятий по очистке вод должно быть положено стремление к максимально возможному сокращению потребления промышленностью воды и сброса отработанных стоков, а главное - к уменьшению загрязнённости последних. Для чего собственно и требуются очистные сооружения. Но главная трудность здесь заключается в том, что сооружения по очистке и использованию отработанных вод требуют значительных капиталовложений   и эксплуатационных затрат. Поэтому, как многим кажется, легче обойтись без очистных сооружений. Однако, нельзя рассматривать эти расходы, как приносящие материальные затраты, потому что, благодаря использованию очищенных стоков, обеспечивается сокращение ряда других эксплуатационных затрат, связанных с водоснабжением и водоотведением, что в большинстве случаев окупает первоначальные капиталовложения. Высокая необходимость в улучшении

санитарной охраны поверхностных водных источников и в увеличении запасов чистой пресной воды, несомненно, приведёт к тому, что экономические показатели оборотных систем станут вполне приемлемыми. Поэтому сейчас разрабатываются процессы, которые позволяют практически повсеместно решать   проблему восстановления сточных вод до кондиций, обеспечивающих их повторное использование. Однако, несмотря на всеобъемлющие возможности научно- технического прогресса, в ближайшем будущем, скорее всего полностью избежать загрязнения воды различными отходными веществами в процессе её технологического использования будет невозможно. Поэтому в решении проблемы водоохраны, будет уделяться внимание различного рода очистным и утилизационным сооружениям.

          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 взвешенных и грубодиспергированных 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. Предлагаются различные способы расчёта отстойников вод и улучшение их конструкций. Интенсификация процесса выделения из сточных вод грубодиспергированных примесей возможна как путём совершенствования отстойников различных типов, так и заменой их более эффективными сооружениями.

Более широкое применение необходимо найти очистке сточных вод от нерастворимых примесей в поле центробежных сил с применением гидроциклов и центифуг, которые отличаются высокой производительностью, компактны, и способны очистить выделение из сточных вод механических примесей заданной гидравлической крупности. Перечисленные этапы относятся к процессу второй ступени - биологической очистке.

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.   Третьей ступенью очистки вод чаще всего является   химическая очистка вод. Она с помощью различного рода реагентов 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. Реагентная химическая очистка сточных вод весьма разнообразна (нейтрализация, коагуляция, восстановление и окисление органических и минеральных соединений и т.д.) и позволяет избавиться от различных примесей, например, красителей, жиров, цинка, хрома, никеля, кислот и других веществ.

В тех случаях, когда извлекают какой-либо продукт с целью его использования, применяются методы сорбции, эктсракции и эвапорации.

При сорбционной очистке сточных вод их в последующем перемешивают и отстаивают (сорбция в динамических условиях), либо фильтруют через слой сорбента (сорбция в динамических условиях). В качестве сорбентов применяют активированный уголь, коксовую мелочь, торф, каолин, болотную руду, опилки, золу и другие материалы.

Эктсрационный метод очистки сточных вод базируется на том, что при перемешивании двух взаимно нерастворимых жидкостей всякое другое вещество, находящееся в растворе, распределяется между ними согласно своей растворимости в этих жидкостях.

Эвапорацию (выпаривание сточной жидкости) применяют с целью очистки сточных вод от летучих веществ водяным паром в периодически действующих аппаратах или непрерывно действующих дистилляционных колоннах.

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 находят: двухступенчатая очистка сточных вод в аэротенках; технологические схемы, сочетающие предварительную анаэробную обработку высококонцентрированных сточных вод с последующей очисткой в аэротенках; компактные аэрационные сооружения (аэроакселераторы, биотенки и пр.), окислительные каналы; использование для аэрации технического кислорода и др. Исследования показали, что путём применения химических и физико-химических методов очистки, включающих окисление органических примесей активными окислителями (озонирование, суперхлорирование ), коагуляцию, флотацию, сорбцию на активированных углях и ионообменных смолах, микрофильтрацию и др., 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.

IV. Экспериментальная часть

На территории села протекает речка Ситовка. В связи с маловодностью реки и относительно низким качеством воды в ней вода используется только для хозяйственных нужд. Для удовлетворения питьевых нужд населения  используются подземные воды: водонапорные башни (7 шт), колодцы, в радиусе 15 км имеются 3 родника (с актом лабораторных исследований), вдоль речки 2 родника.

Изучив проблему загрязнения и очистки вод теоретически,мы решили провести свое миниисследование в микрорайоне нашей школы (ул. Молодежная). 

На данной улице расположены 58 жилых домов, здание школы. Во все дома и школу подведен водопровод, в 9 домах имеются колодцы.  Весь расход  воды отслеживается коммунальным хозяйством. Расход воды, потребляемой в течение года жителями улицы составил 5274 куб.м. Наибольшее количество воды потребляется в летнее время.

В процессе исследования жителям улицы задавались вопросы:

 «Считаете ли Вы водопроводную воду чистой?» (20 чел.) и «Какую воду Вы чаще всего пьете?» (20 чел.)

40% опрошенных дали положительный ответ на первый вопрос, 25 % считают, что вода в кране не достаточно чистая, 35 % - не задумывались.

50 % опрошенных пьют воду кипяченую, 15% - родниковую, 10 % - из колодца, 25 % - любую.

           Ежегодно филиалом ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Тамбовской области» в г. Мичуринске, Мичуринском, Петровском, Первомайском, Староюрьевском и Никифоровском районах проводятся лабораторные исследования питьевой воды из разводящей сети в школе.  В санэпидемстанции определяют химический и бактериологический состав воды. В случае если  образец воды не соответствует требованиям СанПиН, то в школе пьют бутилированную воду.

          У нас часто возникают вопросы: Можно ли пить воду из-под крана? Как определить качество воды без специального анализа?

1. В домашних условиях можно проделать некоторые опыты. В частности: по внешнему виду определить прозрачность, по отстаиванию – наличие осадка. По внешнему виду вода из водопровода чистая, прозрачная, осадок в стеклотаре в течение нескольких дней не появляется.  
2. Пробуем кипятить воду несколько раз. На стенках и на дне чайника в результате трехкратного кипячения образуется светло-желтый осадок.

          Вывод: в воде избыток солей, она жесткая

1. Берем разные образцы воды: водопроводную, кипяченую, фильтрованную, родниковую и бутилированную. Проверяем воду на наличие извести и солей  с помощью мыльного раствора.

        В результате исследований на жесткость заметили, что мыльная пена в виде хлопьев обильно плавает сверху в воде, взятой из родника, расположенного на границе с Рязанской областью. Лучшей оказалась минеральная и бутилированная вода.

          В результате, можно сделать вывод, что если мы не уверены в качестве водопроводной  воды, то можно применить однократное кипячение или пользоваться бытовым фильтром для доочистки. И, может быть, эти меры дадут нам возможность наслаждаться живительной влагой.

         Если ситуация такова, что нужно использовать неизвестный источник, то необходимо помнить:

1. Вода из стоячих источников, прудов, водозаборов, дождевых колодцев не пригодна
2. Речную воду можно использовать для питья и приготовления пищи, если набрали ее в проточном месте, вскипятили и процедили
3. Питьевой колодец должен не менее 8 метров глубиной и быть далеко от сточных вод, обрабатываемых нитратами полей, АЗС

V. Заключение

   На сегодня нельзя не обращать внимания на проблему нехватки пресной воды, т.к. если не на нас, то на следующих поколениях  скажутся все последствия антропогенного загрязнения воды. Уже сейчас из-за диоксинового загрязнения водоемов в России ежегодно погибает 20 тыс. человек. Вследствие проживания в опасно отравленной среде обитания распространяются раковые и другие экологически зависимые заболевания различных органов. Следовательно, эту проблему надо решать как можно скорее и радикально пересмотреть проблему очищения промышленных сбросов

           Из проведённой работы следует извлечь главный смысл: забота о чистоте наших рек, озёр, морей и подземных источников - долг каждого гражданина России.

          Эта проблема была, есть и будет актуальной, ждущей своего решения, до тех пор, пока не будет активных действий со стороны общества, каждого человека, живущего на нашей планете.

Литература

1. Беличенко Ю.П., Лаптев И.П. «Проблема охраны водных ресурсов ».— Томск « ТГУ», 1978 г.

2.География и экология Тамбовской области. ТГУ им. Державина, Тамбов, 2001г.

3. Криксунов Е.А., Пасечник В.В. «Экология - 10(11) ».- М.: «Дрофа» , 2002г.- 252с.

4.   Миркин Б. М. Экология России. М.: Устойчивый мир, 2000г.

5.  Хефлинг Г. «Тревога в 2000 году ».- М.: « Мысль » , 1992 г.- 275 с.

 http://ecoflash.narod.ru/tambov_1.htm

 http://www.precisionnutrition.com/wordpress/wp-content/uploads/2009/05/potential-sources-of-water-contamination.jpg 

http://aniramia.ru/kakuy-vodu-pitj/#ixzz2KDARH4UH