Учебно-исследовательская работа "Круговорот воды в г.Красновишерск"

XIV муниципальный конкурс

учебно-исследовательских работ учащихся

Как очищается

вода в г. Красновишерск

 Работу выполнила:

Гилёва Алена Васильевна,

ученица 3А класса МСОШ №8

Руководитель:

Гилёва Ирина Ивановна

учитель МСОШ №8

Емельянова Елена Борисовна,

учитель МСОШ №8

Красновишерск, 2010

Оглавление

Введение                                                                                                с. 3

Глава 1 Круговорот воды в городе                                                      с. 5

1.1  Этапы круговорота воды в городе                                                

1.2. Система водозабора и подготовки воды к использованию        

1.3. Система очистки грязной воды на городских                            

       очистных сооружениях                                                                        

Глава 2   Состояние водозаборных и очистных сооружений

в г. Красновишерск                                                                                с. 12

Заключение                                                                                             с. 15

Список литературы                                                                                с. 16

Введение

«Вода – сок жизни», - сказал Леонардо да Винчи. Действительно. Вода является непременной составной частью всего живого. В растениях содержится до 90% воды, в теле взрослого человека ее 65%.

Роль воды в жизни человека очень важна. Без пищи человек может прожить около месяца, а без воды - всего лишь несколько суток. Издревле человек строил свои жилища около пресных водоемов: рек, озер. Если вода была далеко, то человек обустраивал колодцы, в которых находилась подземная вода.

В настоящее время больше половины населения Земли живет в городах. Поэтому очень важно обеспечить людей, живущих в городах, питьевой водой. Но не менее важно правильно очистить воду, которую человек уже использовал, ведь она попадает обратно в природу и не должна навредить другим организмам.

В каждом городе есть своя система водоснабжения и система очистки использованной воды. Она очень сложная и состоит из системы водозабора воды, системы подготовки (очистки) питьевой воды, системы транспортировки воды в квартиры горожан, канализационной системы и системы очистки использованной воды.

Мы решили в своей работе изучить этапы круговорота воды в городе, более подробно рассмотреть систему водозабора воды и систему очистных сооружений.

Цель нашей работы: изучить основные этапы круговорота воды в городе Красновишерск.

Для достижения данной цели необходимо решение следующих задач:

1. рассмотреть литературу по данной теме;
2. познакомиться с водозаборными и очистными сооружениями г. Красновишерска;
3. сделать выводы о соответствии системы водоснабжения и системы очистных сооружений в г. Красновишерск общепринятым нормам.

При работе над темой,  мы опирались на материалы  кандидата технических наук, доцента  ПТЭ Арсенова Владимира Георгиевича

В природе постоянно совершается круговорот воды. С поверхности океанов, морей, рек и суши вода под действием лучей солнца испаряется и поднимается вверх в виде пара. В воздухе пар охлаждается и превращается в мельчайшие капельки воды и льдинки. Образуются облака. Из облаков вода в виде снега или дождя выпадает на землю. На суше эта вода пополняет водоёмы. Реки несут воду в моря и океаны. Так происходит круговорот воды.                              

                              В природе путешествует вода,
                                     Она не исчезает никогда:
                                     То в снег превратиться, то в лед,

                               Растает – и снова в поход!
                                      По горным вершинам,
                                      Широким долинам,
                                      Вдруг в небо взовьется,
                                      Дождем обернется,
                                      Вокруг оглянитесь,
                                      В природу вглядитесь,
                                      Вас окружает везде и всегда,
                                      Эта волшебница – ВОДА!

Рис. 1

 Таким образом, количество воды на планете Земля не изменяется. Вода меняет свою форму жидкая – газообразная – твердая - жидкая – это и есть круговорот воды в природе.

 Все осадки, которые выпадают, на 80% попадают в океан. Наибольший интерес представляют оставшиеся 20%, выпадающие на суше.

Проще говоря, у воды, выпавшей на суше, есть два пути. Либо она, собираясь в ручьи и реки, попадает в результате в озера и водохранилища - так называемые открытые (или поверхностные) источники водозабора. Либо вода, просачиваясь через почву и подпочвенные слои, пополняет запасы грунтовых вод. Поверхностные и грунтовые воды и составляют два основных источника водоснабжения.

1.  Этапы круговорота воды в городе

Круговорот воды в городе можно представить в виде следующей схемы:

Рис. 2

На схеме показано, что чистая вода попадает к нам в квартиру, мы, используя воду, загрязняем ее и спускаем обратно в природу. Мусорщики перерабатывают грязную воду, и она становится чистой, пригодной для питья.

В этой схеме мы выделим следующие этапы для рассмотрения:

1 этап – система водозабора и подготовки воды к использованию.

2 этап – очистка грязной воды на городских очистных сооружениях.

В нашей работе мы не будем рассматривать систему доставки воды к потребителю и канализационную систему.

1.2. Система водозабора и подготовки воды к использованию

Для водоснабжения используются поверхностные и подземные воды. Поверхностные источники – это реки, озера, реже моря; подземные источники – грунтовые и артезианские воды, и родники.

Вода в большинстве рек очень мутная, в ней много органических веществ и бактерий, к тому же вода рек не очень жесткая. Вода озер обычно отличается весьма малым содержанием взвешенных веществ (т.е. малой мутностью). Качество всех поверхностных вод сильно зависит от атмосферных осадков и таяния снегов, в период паводков их мутность и бактериальная загрязненность возрастает, а жесткость снижается.

Подземные воды, как правило, не содержат взвешенных веществ (т.е. весьма прозрачны), обладают низкой бактериальной загрязненностью, но наряду с этими положительными качествами во многих случаях сильно минерализованы. В зависимости от характера растворенных в них солей, они могут обладать теми или иными отрицательными свойствами: повышенной жесткостью, наличием неприятного привкуса и некоторыми другими.

Подземные воды образуются вследствие просачивания в землю атмосферных и поверхностных вод. Подземные воды могут быть безнапорными и напорными (артезианскими).

Безнапорные воды заполняют водоносные горизонты не полностью и имеют свободную поверхность. Безнапорные подземные воды первого от поверхности земли водоносного горизонта называются грунтовыми. Грунтовые воды характеризуются повышенной загрязненностью, поэтому при их использовании в большинстве случаев необходима очистка. Напорные (артезианские) воды заполняют водоносные горизонты полностью. Артезианские воды, как привило, характеризуются высоким качеством и в большинстве случаев для хозяйственно-питьевых целей могут использоваться без очистки. Безнапорные и напорные воды могут выходить на поверхность земли в виде родников. Выход безнапорных вод называют нисходящим ключом. Ключевая вода отличается высоким качеством и может использоваться без очистки.

Для улучшения качества воды применяются следующие основные технологические операции:

- осветление – удаление взвешенных веществ;

- обесцвечивание – устранение веществ, придающих воде цвет;

- обеззараживание – уничтожение содержащихся в воде бактерий;

- опреснение – частичное удаление растворенных солей до норм;

- умягчение – удаление солей кальция и магния, обуславливающих жесткость воды;

- обезжелезивание – освобождение воды от растворимых соединений железа;

- обесфторивание – удаление соединений фтора;

- фторирование – добавление в воду фтора;

- дегазация – удаление из воды растворимых газов (H2S, CO2 , O2);

- дезактивация – удаление из воды радиоактивных веществ.

Перед использованием воды ее необходимо обработать. Основные процессы обработки воды для технического водоснабжения проходят в очистных сооружениях, в задачу которых входит:

1. удаление из воды содержащихся в ней взвешенных (нерастворимых) веществ (осветление воды);

2. обесцвечивание воды;

3. уничтожение содержащихся в воде бактерий (обеззараживание воды);

4. умягчение воды. [ 6 ]

 Таким образом, мы узнали, что воду для питья можно брать из рек, озер и даже морей, можно брать подземную воду - грунтовую или артезианскую. Но обязательно нужно воду очищать, прежде чем она станет питьевой. Только артезианская вода не требует дополнительного очищения – она очень чистая.

1.3. Система очистки грязной воды на городских очистных сооружениях

После использования воды в квартирах грязная вода по канализационным трубам поступает для очистки на городские очистные сооружения.

В состав технологической схемы очистки сточных вод входит четыре основных блока:

1. блок механической очистки – для удаления крупных отбросов и песка;
2. блок полной биологической очистки – для удаления основной части органических загрязнений и соединений азота;
3. блок глубокой доочистки и обеззараживания;
4. блок обработки осадков.

Мы рассмотрим принцип работы вышеназванных блоков на примере простейших конструкций. (В действительности система городских очистных сооружений гораздо сложнее и масштабнее.)

Рис. 3

Механическая очистка происходит так. Грязная вода из кухни, ванной и туалета попадает в систему канализации. По трубам грязная вода приходит на станцию очистки воды и попадает в емкость (ее называют отстойником, или септиком). Емкость внешне напоминает бочку. В отстойнике происходит

плавное, естественное движение    жидкости, в результате сточные воды разделяются на три части: неорганическая часть оседает на дно в виде ила, а органическая часть всплывает на поверхность в виде пены и газов. В итоге остается осветленная жидкость - это уже очищенная на 30-40% вода. После этого раскрывается специальный клапан и выпускает осветленную жидкость в биореактор. Там идет второй этап очистки - биологическая доочистка.

Биологическая доочистка проходит в биореакторе за счет жизнедеятельности находящихся в нем аэробных (то есть «дышащих») бактерий, которые специально загружают в биореактор. Жижа из отстойника попадает в биореактор, где эти бактерии «поедают» органическую часть жижи, превращая ее в неорганическую.

Даже очищенные на 95-99% бытовые стоки (использованная вода из туалета, кухни и ванной) содержат болезнетворные бактерии, поэтому эту воду нельзя использовать в качестве питьевой и сливать в водоемы, откуда происходит забор воды для бытовых нужд. Нельзя ее также сливать в водоемы, предназначенные для купания людей. По санитарным нормам эта вода должна пройти стадию дезинфекции (хлорирование или ультрафиолетовое облучение). В некоторых очистных сооружениях эта операция предусмотрена. [ 7 ]

Хлорирование проводится для уничтожения оставшихся после биологической очистки микробов. Однако есть много недостатков такой очистки:

1. не все вирусы погибают после хлорирования,
2. после хлорирования в воде остаются вредные вещества, которые могут привести к гибели некоторых полезных водных организмов,
3. хлорные соединения могут накапливаться в донных отложениях

Метод ультрафиолетового обеззараживания имеет следующие преимущества по отношению к хлорированию:

- уничтожает возбудителей! таких инфекционных болезней, как тиф, холера, дизентерия, полиомиелит и др.

- в обработанной ультрафиолетовым излучением воде не обнаруживаются вредные соединения, приводящие к гибели некоторых полезных водных организмов;

 - установка компактная, не требует больших расходов и др.

В процессе очистки стоков образуется большое количество осадков. Для уменьшения их объема используются сооружения, в которых осадки уплотняются и обезвоживаются. Осадок направляется на хранение на иловых площадках.

Таким образом, городские очистные сооружения обязательно должны содержать блок механической, биологической очистки, обеззараживание хлоркой или ультрафиолетовым облучением. Осадки должны храниться на иловых площадках.

Глава 2

Состояние водозаборных и очистных сооружений

в г. Красновишерск

Мы провели исследование водозаборных и очистных сооружений

г. Красновишерска. В ходе исследования водозаборных сооружений было выявлено следующее.

Источником питьевой воды для жителей г. Красновишерска являются напорные (артезианские) подземные воды, которые поднимают с глубины 100 м.

Для их извлечения используются специальные глубинные насосы. Качество артезианской воды соответствует санитарным нормам, поэтому дополнительных сооружений для доочистки воды в г.Красновишерск нет. Ежедневно проводятся лабораторные исследования качества воды.

Вода попадает в резервуар (рис.4), который рассчитан на 6000 м3 воды. Из этого резервуара вода попадает в похожий резервуар, расположенный на Морчанской горе (качается насосами рис. 5). Далее вода самотеком расходится по всему городу.

                Рис. 4                                                        Рис. 5

Система подачи воды закрытая, поэтому исключена возможность её умышленного загрязнения.

Городские очистные сооружения включают следующие сооружения.

Использованная вода по трубе (рис.6) поступает в блок механической очистки, который состоит из         решеток (рис.7) для удаления крупных частиц (окурки, фантики, огрызки и т.д.), песколовок (рис. 8) и отстойников (рис.9). Всего на городских очистных сооружениях 6 отстойников, в которых вода находится в общей сложности около суток.

Из блока механической очистки вода поступает в блок биологической очистки (аэротенки рис.10). Там вода насыщается кислородом (рис. 11) и под воздействием аэробных бактерий очищается от органических и других загрязнений  (рис.12).

Следующий этап - обеззараживание методом хлорирования (рис.13). Хлорируется вода примерно 30 минут. После чего уже чистая на 99% вода сбрасывается в реку Вишера (рис. 14).

Для утилизации осадков  используются иловые площадки.

Рис. 6                                                        Рис.7

Рис. 8                                                        Рис.9

Рис.10                                                Рис. 11

        Рис.12                                                        Рис.13

Рис. 14

Заключение

Вода – самое ценное на земле вещество. Без воды нет жизни. Все растения и животные используют воду. Именно поэтому необходимо беречь её, делать все необходимое, чтобы на земле вода была чистая.

В городах живет большое количество людей. Ежедневно человек потребляет около 50 литров воды. Например, наш город Красновишерск потребляет в сутки около 5000 м3 воды, столько же мы сбрасываем в окружающую среду. Очень важно правильно очищать воду, чтобы не навредить природе.

Мы исследовали все этапы круговорота воды в нашем городе, внимательно изучили систему очистки воды, познакомились с системой водозабора воды и пришли к следующим выводам:

1. Жители г. Красновишерска снабжаются самой чистой питьевой водой (артезианской).
2. Очистные сооружения г. Красновишерска содержат все этапы очистки: механическая, биологическая, обеззараживание, утилизация осадка.

Однако мы рекомендуем заменить обеззараживание хлорированием на обеззараживание воды ультрафиолетовым облучением. Ультрафиолетовое облучение более эффективно в борьбе с микробами и не оставляет в воде вредных веществ.

        Материалы данной работы можно использовать на уроках окружающего мира в начальных классах, а также на уроках экологии.

Список литературы

1. Абрамов Н.Н. Водоснабжение. Учебник для вузов. Изд. 2-е.
   М.: Стройиздат, 1974 - 480 с.
2. Вахрушев А. А., Данилов Д.Д, Бурский О. В., Раутиан А. С  Окружающий мир. 3 класс. («Обитатели Земли). Учебник в 2 частях. Часть 1. – М. : Баласс, 2008, -144 с.
3. Дитрих А,  Юрмин Г. «Почемучка», М.: ООО «Издательство Астрель», 2002 г. с. 336.
4. ДЭ «Вода – это жизнь» // Детская  энциклопедия. Журнал № 10 – 2006 г
5. Что? Зачем? Почему? Большая книга вопросов и ответов/пер. К.Мишиной, А.Зыковой. – М.: Изд-во ЭКСМО, 2004.-285с.

6. http://www.agrovodcom.ru/info_water_pumps.php

7. http://zodchestvo.dominform.ru/ru/articles/2240.php 
8. http://www.tbuild.ru/waterdrain/city-cleaning.htm 

9. http://www.sibin.su/articles/page17/69/

I этап

II этап