Научно-исследовательский проект по экологии "Очистка и использование воды в станице Павловской"

Направление: экология

Тема: «Очистка и использование воды
в станице Павловской»

Стороженко Андрей

Павловская МАОУ СОШ № 2,

Павловского района, Краснодарского края

7 класс

Научный руководитель:

Пономарёва А.С., учитель высшей категории

ст. Павловская 2011/2012 учебный год

Оглавление

1.Вода - самое распространённое вещество в природе……………………………..4

2.Нормы качества воды………………………………………………………………4-5

3.Способы очистки воды

      3.1 в лабораторных условиях……………………………………………………5-8

      3.2 на промышленных предприятиях станицы Павловской…………………..8-9

4. Использование воды на ООО «Павловский сахарный завод»………………….9

5. Загрязнение природных вод………………………………………………………9-10

6.Литература………………………………………………………………………… 12

7.Приложение………………………………………………………………………..13-18

Введение

Научная аннотация.

Данный научно-исследовательский проект направлен на изучение различных методов очистки воды, промышленное её использование в станице Павловской.

Актуальность.

 Вода является неотъемлемым атрибутом нашей жизни, это сама жизнь. 80% проблем здоровья человека, связаны с качеством воды. Очень важно воду,  какого качества,  мы не только  получаем, но и возвращаем обратно в природу. Мы считаем, что в современных условиях более актуальна и трудно разрешаема вторая проблема. Мы  все  живем  в  большой  стране,  которая  является  нашей  Родиной – Россией. Но  у  каждого  из  нас  есть  своя  малая   Родина,  там  где  человек  родился,  где  он  живет.  Для  нас  такой  малой  Родиной  является станица Павловская Краснодарского края. Мы,  живущие  на этой земле,  должны  любить  и уважать окружающий  нас прекрасный  мир,  чтобы  сберечь и  донести  всю  его  красоту  для  наших  потомков.

    Цель. Исследование различных способов очистки воды в быту и промышленности, использование воды на сахарном заводе ст. Павловской

Задачи: 

1.Изучить источники по данной проблеме, используя соответствующую литературу и Интернет.

2.Провести очистку воды в лабораторных условиях.

3.Изучить очистку и использование воды на предприятиях станицы.

4.Анализ воды реки Тихонькая на наличие сульфат- и хлорид-ионов

  Методы исследования.

1.Обработка литературных источников.

2.Беседа с ведущими специалистами  сахарного завода

3.Построение схем и таблиц.

4.Практическое исследование проб воды

1.Вода - самое распространенное вещество в природе.

Вода – самое распространенное в природе, но все еще до конца не изученное вещество. Она необходима, чтобы восполнить водный баланс в организме (человек в сутки должен выпивать до 3 л воды), минеральные воды лечат заболевания кишечника и почек, обливание холодной водой помогает справиться с болезнями сердечно-сосудистой системы, успокоить нервы, и закалить организм. Живая природная вода родников, не подвергнутая технологической очистке, вызывает восхищение, желание утолить жажду. Мертвая вода, текущая из наших кранов может вызвать только отвращение. Если вода мутная и ржавая, то лучше ее пропустить через фильтр для очистки. А если вода чистая и прозрачная на вид? Является ли это гарантией того, что в ней не содержится вредных примесей? К сожалению нет.

2.Нормы качества воды.

Питьевая вода и чистая вода — не синонимы. Чистая вода, в отличие от воды питьевой, неопределенный термин. Для химика «чистая вода» — дистиллят, свободный от примесей; для рыболова — вода, в которой водится рыба; для микробиолога — вода, в которой могут обитать бактерии, а для производственника — вода, которая годится для производственных процессов. Питьевая же вода всегда должна отвечать определённым установленным стандартам и ГОСТАм.

Существует несколько стандартов на питьевую воду:

  - Российский стандарт, определяемый соответствующими нормами и ГОСТами;

  - Стандарт ВОЗ (Всемирной организации здравоохранения)1999г

   «Руководство по контролю за качеством питьевой воды»

  - Стандарт США и стандарта стран Европейского союза (ЕС).  (4)

Российский ГОСТ на питьевую воду действует с 1982 г. Сейчас он дополнен более новым нормативом — Санитарные правила и нормы (СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества." В соответствии с действующими стандартами и нормами под термином питьевая вода высокого качества подразумевается:

-вода с соответствующими органолептическими показателями — прозрачная, без запаха и с приятным вкусом;

 -вода с рН = 7- 7,5 и жесткостью не выше 7 ммоль/л;

 -вода, в которой суммарное количество полезных минералов не более 1 г/л;

 -вода, в которой вредные химические примеси либо составляют десятые-сотые доли их ПДК, либо вообще отсутствуют (то есть их концентрации настолько малы, что лежат за гранью возможностей современных аналитических методов);

 -вода, в которой практически нет болезнетворных бактерий и вирусов.

Краткий перечень неорганических и органических веществ, а также бактерий и вирусов в питьевой воде, оказывающих неблаготворное влияние на организм человека, представлен в таблице 1.

Вот некоторые признаки загрязненности воды:

-Зеленые и бурые подтеки на посуде - наличие в воде минеральных кислот:серной и соляной.

-Рыбный, затхлый или древесный запах - присутствие в воде  хлорорганических соединений.

-Образование темных пятен на посуде и предметах из серебра, наличие  желтоватых, черных пятен на поверхности раковины - присутствие в воде  растворенного сероводорода.

- Запах фенола - попадание промышленных сточных вод в системы водоснабжения.

- Солоноватый привкус - высокое содержание солей магния и натрия.

- Образование пятен на алюминиевой посуде - высокое содержание щелочи.

- Металлический привкус высокое содержание железа.

-Потемнение и коррозия раковины из нержавеющей стали - высокое содержание хлоридов.

-Красновато-бурый осадок - присутствие окисленного железа, вымываемого из ржавых труб.

-Мутная вода - либо высокое содержание воздуха из-за неисправного насоса, либо присутствие метана. 

3 Способы очистки воды.

3.1 В лабораторных условиях

Иметь возможность пользоваться в любое время ванной, душем, водопроводом - это великое благо. Чтобы в кране всегда была чистая вода, многие люди вкладывают свой труд. Дело в том, что грязные стоки впадают в реки, озёра, поэтому вода в них перестала быть чистой и, прежде чем вода поступит в водопровод, её приходится очищать. Если чистая вода течёт без пользы, то она попадает в канализацию, где смешивается с грязными водами. Чтобы  из этого получить чистую воду, строят специальные очистные сооружения.

Опыт1

Я произвел грубую очистку воды с помощью фильтрации.

Приготовил  смесь  из  воды, песка, глины. Вода стала мутной.

Из специальной бумаги я сделал фильтр, который поместил в воронку. В результате фильтрации песок, глину я увидел на фильтре, а вода в пробирке стала чистой. ( фото смотри  приложение).

Опыт2

Фильтром может послужить не только бумага, вата, ткань, но и природные материалы: древесина, галька, песок, щебень. В домашних условиях был изготовлен фильтр, с помощью которого была произведена очистка воды ( смотри фото2 приложение)(5)

C удивлением узнал, что для хранения чистой  пресной воды использовали особые деревянные бочки. Прежде чем наполнить их водой, бочки обжигали изнутри так, чтобы они покрылись слоем угля. Именно этот уголь предохранял воду от порчи. Неделями, несмотря на жару, вода оставалась свежей.

Опыт3

Если взять древесный уголь из костра и  опустить  в сосуд с подкрашенной  водой, то вода обесцветится. ( смотри фото)(5)

В жизни человека это свойство древесного угля используется при очищении организма от ядов, газов и токсинов.

Назначение и виды бытовых фильтров.

Фильтром называется устройство для очищения жидкостей и газов от частиц примесей. Бытовые фильтры различаются как по принципу действия, так и по конструктивному исполнению. На рынке представлены фильтры, предназначенные специально для удаления железа, снижения жесткости воды, фильтры бывают бактерицидные, фторирующие, комбинированные, обратноосмотические, омагничивающие и минерализующие воду. И все же можно выделить два основных класса таких аппаратов: приборы, работающие с проточной водой, и периодического действия.

Бытовые способы очистки воды.

Для очистки воды в бытовых условиях люди используют разные способы. Однако далеко не все знают, как правильно их необходимо осуществлять и какой может при этом возникнуть побочный эффект.

Все способы очистки воды можно условно разделить на две группы: очистка без использования фильтров и очистка с использованием фильтров.

Очистка воды без использования фильтров.

Данный вариант наиболее распространен и доступен, поскольку для очистки воды не требуется приобретение дополнительных устройств, кроме как обычной кухонной посуды. К наиболее распространенным способам относятся: кипячение, отстаивание, вымораживание.

Все мы с детства знаем, что сырую воду пить нельзя, но только кипяченую. Кипячение используют для уничтожения органики (вирусов, бактерий, микроорганизмов и др.), удаления хлора и других низкотемпературных газов (радон, аммиак и др.). Кипячение действительно помогает в некоторой степени очистить воду, однако данный процесс имеет ряд побочных эффектов. Первый - при кипячении изменяется структура воды, т.е. она становится "мертвой", поскольку происходит испарение кислорода. Чем больше мы кипятим воду, тем больше погибает в ней патогенов, но тем более она становится бесполезной для организма человека. Второе - поскольку при кипячении происходит испарение воды, то концентрация солей в ней увеличивается. Они отлагаются на стенках чайника в виде накипи и извести и попадают в организм человека при последующем потреблении воды из чайника.

Как известно, соли имеют тенденцию накапливаться в организме, что приводит к самым различным заболеваниям, начиная от болезней суставов, образованию камней в почках и окаменению (циррозу) печени, и заканчивая артериосклерозом, инфарктом и мн. др. Кроме того, многие вирусы могут легко перенести кипячение воды, поскольку для их уничтожения требуются намного более высокие температуры. Также заметим, что при кипячении воды удаляется только газообразный хлор. В лабораторных исследованиях был подтвержден тот факт, что после кипячения водопроводной воды образуется дополнительный хлороформ (вызывает раковые заболевания), даже если перед кипячением воды была освобождена от хлороформа продувкой инертным газом.

Вывод. После кипячения мы пьем "мертвую" воду, в которой присутствуют мелкая взвесь и механические частицы, соли тяжелых металлов, хлор и хлорорганика (хлороформ), вирусы и др.

Отстаивание используют для удаления из воды хлора. Как правило, для этого водопроводную воду наливают в большое ведро и оставляют в нем на несколько часов. Без перемешивания воды в ведре удаление газообразного хлора происходит примерно с 1/3 глубины от поверхности воды, поэтому для получения сколь -либо заметного эффекта необходимо следовать разработанным методикам отстаивания.

Вывод. Эффективность данного способа очистки воды оставляет желать лучшего. После отстаивания необходимо кипятить воду.

Вымораживание применяют для эффективной очистки воды с помощью ее перекристаллизации. Многие под данным способом понимают следующее: налить воду в посуду и поставить ее в холодильник до появления льда, после вынуть посуду из холодильника и разморозить ее для питья. Сразу заметим, что эффект очистки воды вышеприведенным способом равен нулю, поскольку вымораживание - очень сложный и долгий процесс, эффективность которого целиком зависит от точного следования разработанным методикам. Приготовление воды методом вымораживания может длиться несколько часов с постоянным отслеживанием процесса. В противном случае эффективность резко снижается.

Для удаления вредных примесей из воды используют различные фильтры. В бытовых условиях широко используются различные кувшины и насадки на кран.

3.2 Способы очистки воды на промышленных предприятиях станицы Павловской Водоочистка предназначена для того, чтобы удалить из воды, как болезнетворные организмы, так и вредные химические вещества.

В практике водоснабжения населенных пунктов водой питьевого качества наиболее распространенными процессами водоочистки являются осветление и обеззараживание.

Мы исследовали 2 предприятия ст Павловской

ОАО « Павловский мясокомбинат»

В настоящее время для биологической очистки бытовых стоков в малом количестве получило большое распространение использование сборных резервуаров с добавлением биоактиваторов на основе микроорганизмов, разлагающих такого вида отходы и предотвращающих загнивание. При этом не требуется никакого дополнительного оборудования: препараты просто добавляются в резервуары, где находятся стоки нечистот, и их активности при правильной эксплуатации хватает на несколько лет. В качестве примера можно привести биоактиваторы производства компании Atmos (Франция), в состав которых входят не только микроорганизмы, но и пищевые ферменты. К сожалению, на активность данных препаратов очень сильно влияет даже незначительное присутствие в стоках антибиотиков, соединений содержащих хлор и веществ, обладающих даже невысокой токсичностью. Кроме того, очищающая способность таких систем полностью теряется после пересыхания.

ООО «Павловский сахарный завод»

 В зависимости от степени и характера загрязнения применяют механические, химические и биологические методы очистки сточных вод.

Механическими методами удаляют грубые дисперсные примеси с помощью решеток, сит, фильтров, отстойников. Этими методами удаляют нерастворимые примеси  из промышленных стоков — до 95%. (схема 2)

Промышленные стоки собирают в отстойниках, воду которой мы исследовали.(фото 4)

Химическая очистка — это добавление в сточные воды реагентов, способствующих образованию осадков из коллоидных и некоторых истинных растворов.

Биологическая очистка в естественных условиях происходит на специальных полях орошения или полях фильтрации.(фото приложение) Здесь создается сеть магистральных и распределительных каналов и карт (площадок) шириной 20 м и длиной 100-150 м, окруженных земляными валами. Карты периодически заполняют сточными водами. Под воздействием солнечного света, воздуха, микроорганизмов они очищаются и просачиваются в грунт. На поверхности карт образуется перегной. Через несколько лет после прекращения слива сточных вод поля фильтрации используют для выращивания трав, кормовых культур или овощей, которые можно употреблять в пищу после термической обработки.

На наш взгляд, использование полей фильтрации представляет некую опасность, так как есть опасность попадания загрязняющих веществ в реку при переполнении полей через ограждающие валы.

4. Использование воды на ООО «Павловский сахарный завод»

В беседе с ведущим специалистом-технологом завода - Ляшенко С.А. мы выяснили, как используется вода на ООО «Павловском сахарном заводе» Пример удачного использования оборотных вод  на заводе отражён в схеме 3(приложение)

За сутки в оборотной системе завода обращается до 28000 т воды. Повторное использование дочищенных сточных вод во много раз снижает потребление воды из реки и уменьшает сброс сточных вод обратно в реку.

В беседе с экологом завода Нехаевым С.С. выяснили, как и в каком количестве происходит забор и сброс воды. Схема4 (приложение )

При обработке протокола «Качественный и количественный химический анализ» получили следующие данные, которые приведены в таблице 5 (приложение)

5.Загрязнение природных вод.

Под загрязнением водоемов понимается снижение их биосферных функций и экономического значения в результате поступления в них вредных веществ.        Среди продуктов промышленного производства особое место по своему отрицательному воздействию на водную среду и живые организмы занимают токсичные синтетические вещества. Они находят все более широкое применение в промышленности. Концентрация этих соединений в сточных водах, как правило, составляет 5—15 мг/л при ПДК — 0,1 мг/л. Эти вещества могут образовывать в водоемах слой пены, особенно хорошо заметный на порогах, перекатах, шлюзах. Способность к пенообразованию у этих веществ появляется уже при концентрации 1 — 2 мг/л.(смотри фото8,9,10)

Мы сделали забор воды на реке Тихонькая, где идёт выброс сточных вод и проанализировали качественный и количественный состав проб воды.

1. качественный  и количественный анализ

Органолептический анализ:

1.Цвет воды прозрачный с оттенками зелёного.

2.Запах  с оттенком  сероводорода.

3.Ионы хлора. К 2 мл исследуемой воды приливаем несколько капель раствора нитрата серебра. Помутнение воды или выпадение белого осадка служит доказательством того, что в исследуемом образце воды  присутствуют ионы хлора.

Результат: выпадение сильного осадка свидетельствует о наличии большого количества хлоридов (Смотри фото11 12)

4.Сульфат – ионы. В пробирку вносят 10 мл исследуемой воды, 0,5 мл раствора соляной кислоты (1:5) и 2 мл 5%-ного раствора хлорида бария, перемешивают.

1. Результат По характеру выпавшего осадка определяют ориентировочное   содержание сульфатов: сильная, быстро оседающая муть свидетельствует о достаточно высоком содержании сульфат-ионов – более 100 мг/л.(см фото13 14)

5.С помощью фильтрования и выпаривания определили сухой остаток в пробах воды

Результаты приведены в таблице 6 (приложение).

6. Определение с помощью универсального индикатора РН воды.

Результаты в таблице 7(приложение)

Расширенное производство (без очистных сооружений) и применение ядохимикатов на полях приводят к сильному загрязнению водоемов вредными соединениями. Загрязнение водной среды происходит в результате прямого внесения ядохимикатов при обработке водоемов для борьбы с вредителями, поступления в водоемы воды, стекающей с поверхности обработанных сельскохозяйственных угодий, при сбросе в водоемы отходов предприятий- производителей, а также в результате потерь при транспортировке, хранении и частично с атмосферными осадками.

Заключение.

Наиболее эффективный путь защиты водоемов от загрязнений — это создание безотходного производства, когда отходы одной ступени производственного цикла используются как сырье для другой. Однако в настоящее время не существует универсальной бессточной системы, пригодной для различных отраслей народного хозяйства. Я считаю, что наибольшее распространение получила очистка сточных вод. Современные методы очистки позволяют удалить различные примеси из сточных вод на 95-96%. Часто этого бывает недостаточно, но для дальнейшей очистки воды необходимо строить более дорогие очистные сооружения. Так как сточные воды многих предприятий сложно, дорого, а иногда невозможно очистить до такой степени, чтобы они стали безвредными для растений, животных и человека, их необходимо очищать и использовать  в замкнутых оборотных системах. Только тогда мы сможем сберечь  водные ресурсы для наших потомков.

Литература

1. Быстрых В.В. Гигиеническая оценка влияния питьевой воды на здоровье населения // Гигиена и санитария. - 1998. - №6.

2. Н.М.Чернова,В.М.Галушин,В.М.Константинов «Основы экологии»Москва «Просвещение»1995

3. Е.А.Криксунов,В.В.Пасечник,А.П.Сидорин  «Экология 9 класс»Москва «Дрофа»1997

4 «Санитарные правила и нормативы СанПиН 2.1.10749-01 Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды».M.,2002

5. О.В.Дыбина, Н.ПРахманова, В.В.Щетинина «Неизведанное рядом. Занимательные опыты и эксперименты» Москва «Творческий центр»2002г.

6.Л.Зазнобина, Л.Ковенько «Моя самая первая книжка о превращениях в природе» Москва издательский дом «Дрофа» 1996г.

                                                      Приложение                                                                    

                                                        Таблица 1.

Влияние органических и неорганических веществ, бактерий и вирусов на организм человека  

  Схема 2

Технологическая схема и принцип действия очистных сооружений

 Основные узлы установки:

Первичный отстойник 1 для отделения механических примесей

Биореактор 2 для проведения основных процессов биологической очистки и системой аэрации.

Вторичный отстойник 3 для отделения избыточного ила

Фильтр с плавающей загрузкой 4 для доочистки сточных вод.

Узел обеззараживания 5

                                                   Схема 3

Схема подачи и очистки воды на сахарном заводе ст. Павловской

река→Насосная→охлаждение турбин ТЭЦ→очищенная вода

            ↓                                                         ↓

Тракт подачи свеклы                                          

              ↓                                                                    

Станция осветления вод-----------------------------

              ↓

       Осадок

              ↓

Поля фильтрации

Таблица 5

«Качественный и количественный анализ воды»

Таблица 6

«Определение с помощью выпаривания массу сухого остатка»

Таблица 7

Определение РН среды проб воды