III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ПОВТОРНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДОЖДЕВОЙ ВОДЫ
Макарова Е.Д.
Автор работы награжден дипломом победителя второй степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

Рациональное использование водных ресурсов остается одной из важнейших задач. В день человечество потребляет 7 млрд. т воды. Основные её потребители: промышленный комплекс, сельскохозяйственный комплекс, население. Во многих регионах нашей страны имеются серьезные проблемы с водоснабжением в силу недостаточности водных ресурсов, и как следствие, водосберегающие технологии приобретают здесь чрезвычайно большое значение. Меры, которые могли бы способствовать экономии природных ресурсов: стимулирование сокращения потребления; регенерация воды (если возможно); повторное использование стоков и дождевой воды.

Качественная природная питьевая вода сейчас становится редкостью, поэтому ради экономии многие задумываются над тем, стоит им смывать нечистоты, мыть машину или орошать садовый участок. Ведь для этого можно использовать дождевую воду. Поэтому проблема повторного использования дождевой воды приобретает все большую актуальность.

Цель: выявить варианты повторного использования дождевой воды.

Задачи:

  • изучить источники информации, связанные с характеристикой дождевой воды;

  • рассмотреть способы очистки дождевых вод, применяемые на практике и в лаборатории;

  • разработать варианты использования дождевой воды;

  • описать установку для сбора и применения дождевой воды;

  • разработать и внедрить способ сбора и применения дождевой воды на пришкольном участке;

  • очистить дождевую воду в условиях школьной лаборатории.

Мы предполагаем, что дождевую воду после очистки можно использовать для хозяйственных нужд.

Глава 1. Сбор дождевой воды

  1.  
    1. Состав дождевой воды

Дождевая вода — одна из форм атмосферных осадков. Основным ее источником является влага, которая испаряется с поверхности водоемов и увлажненной почвы. Облака постоянно меняют свое местоположение над земной поверхностью, перераспределяя в ходе этого процесса не только тепло и влагу, но и твердые вещества — различные химические элементы, их соли, пыль. Прослеживается прямая зависимость состава дождевой воды от степени загрязненности территории, где были образованы облака. Загрязнение воздуха и дождевой воды происходит от транспорта газов, содержащих серу, угарный газ и оксиды азота. Соединениями ртути, свинца, мышьяка атмосферу наделяют заводы. Дождевая вода, может содержать цинк. Далеко не полное перечисление вредных примесей, попадающих на землю вместе с дождем: соли тяжелых металлов, соединения азота, синтетические поверхностно-активные вещества, нефтепродукты, взвешенные мелкодисперсные вещества[2]. Дождевая вода обычно имеет слабокислые свойства, так как в ней растворены кислотные оксиды. Загрязнение воды происходит из-за деятельности человека — в нее попадают продукты деятельности человека, получающиеся в результате сгорания угля или разных технологических процессов. В дождевой воде и в выпавшем снеге, содержится мало бактерий особенно если в воздухе нет пыли (в 1 мл воды не более 10 бактерий)[9].

  1.  
    1. Свойства дождевой воды

Природная вода в былые времена была чрезвычайно полезна для человека (только при условии ее безукоризненной чистоты): обладала мягкостью, была способна поддерживать влажность кожных покровов, применялась во многих старинных рецептах в качестве целебной жидкости. На данный момент загрязнённая дождевая вода оказывают пагубное влияние, так как: служит причиной разрушения мрамора, активизируют коррозийные процессы металлических конструкций, ухудшает качество водоемов, становится причиной гибели рыбы, в связи с «закислением» водоемов, вызывает гибель лесных массивов и их обитателей[9].

1.3 Схема сбора дождевой воды

Принципиальная схема сбора дождевой воды выглядит следующим образом:

  • участок водосбора

  • лотки и трубопроводы

  • резервуар для хранения

  • параллельный водопровод. Участок сбора воды - это поверхность, куда льется дождь, который будет собран. В качестве участка водосбора можно использовать крышу, или специальные устройства. Вода из желобов попадает в трубы, откуда она стекает в емкость, зарытую под землей. Следует знать, что не рекомендуется использовать дождевую воду в том случае, если крыша покрыта асбестовыми плитами, такой материал вреден для здоровья[10]. «Поймать» дождевую воду можно не только на крыше, но и в том случае, если есть большие участки, которые имеют твердое покрытие – плитку или асфальт. В этом случае необходима дренажная система, которая состоит из серии лотков из бетона с применением различных добавок пропилена, железа или стали. Лотки размещаются на небольшой глубине под небольшим наклоном. Лотки должны быть покрыты решеткой из нержавеющей стали. Дождевая вода, попадая на асфальт, будет перетекать в дренажные лотки, после чего перераспределяться по участку, обеспечивая равномерный полив, либо же её можно направить в специальную емкость для хранения. Обслуживать дренажную систему необходимо, как минимум, дважды в год, очищая решетки и лотки от листвы, песка и грязи [3].Резервуар для накопления и хранения дождевой воды может быть подземным или наземным. Для этого используют емкости, изготовленные из материалов, которые со временем не теряют своих свойств - бетона, оцинкованной стали, пластика, стекловолокна и т.д. Наиболее распространенным считают высококачественный полиэтилен, который не пропускает тепла и света, что является важным для хранения дождевой воды в наземной емкости. Наземные баки с дождевой водой можно разместить в подвале дома (если не хотите «портить» придомовой участок, а в подвале есть свободное место). В помещении, где установлен резервуар для хранения воды, температура не должна быть ниже 0°С. Если установить наземную емкость непосредственно на участке, это позволит сэкономить время и средства, поскольку не придется выполнять земляные работы. Подземный резервуар закапывают недалеко от дома. Он охлаждается естественным путем, что снижает жизнеспособность микроорганизмов, которые «живут» в воде. Важное условие при установке подземного резервуара - низкий уровень грунтовых вод. Резервуар для хранения дождевой воды должен плотно закрываться. При определении модели и объема резервуар следует учитывать нормы осадков в регионе, конструкцию кровли и потребности в воде. При длительном отсутствии осадков резервуар заполняют водопроводной водой. Для этого лучше предусмотреть автоматическую систему наполнения, которая подключается к водопроводу. Параллельный водопровод - последний этап системы сбора и использования дождевой воды, откуда она попадает в санитарное помещение дома. Подача воды может осуществляться естественным путем. Однако в основном приходится использовать насосы[1].

Рис. 1. Система сбора дождевой воды

Глава 2. Очистка дождевой воды

2.1 Способы очистки дождевых вод,применяемые на практике

Очистка дождевых вод начинается с механических способов. Один из путей эффективной и простой очистки- использование фильтров. Обычно используют два фильтра: первичный, который устанавливают непосредственно у бассейнов, и вторичный, который может быть грубым или тонким зависимо от дальнейшего назначения дождевой воды. Распространенный сегодня вариант фильтрации - использование песка, щебня и активированного угля, которые слоями засыпаны на входе в резервуар. Даже после такой очистки дождевая вода все же может остаться мутной, поэтому следует использовать тонкую механическую очистку фильтрами с отверстиями размером до 5 микрон. Фильтр можно установить даже на стадии прохождения воды через водосточную трубу до резервуара[6]. Методика очистки дождевых вод зависит от требуемого конечного качества продукта. Следует отметить, что дождевая вода считается непригодной для питья, поэтому не требует какой либо особой очистки. Достаточно лишь простого фильтрования по пути попадания в накопительные резервуары. Если же дождевая вода будет использована не для технических нужд, тогда процесс очистки должен включать: удаление загрязнений минерального происхождения; окисление органических веществ; дезинфекция. Доочистка. Озонирование – удаление различных специфических химических загрязнений. Озонирование позволяет снизить цветность воды, устранить запах и привкус. Хлорирование – обеззараживание воды от различных микробиологических загрязнений и окисление органических и неорганических соединений. Отстаивание – позволяет осветлить воду для дальнейшей обработки. Фильтрация позволяет окончательно очистить воду на фильтрах. В последнее время активно внедряется автоматизация водопроводных очистных сооружений, которая обеспечивает автоматическую подачу и дозирование реагентов, регулирование скорости фильтрования и промывки фильтров, обеззараживание воды хлором, и озонирование воды. При комплексной автоматизации технологических процессов очистки воды функции человека ограничатся наблюдением за работой сооружений и выбором необходимого режима[7].

2.2. Лабораторные способы очистки дождевой воды.

В лабораторных условиях можно провести очистку дождевой воды, которая включает в себя: первичное отстаивание с применением или без применения реагентов, в зависимости от состава исходной воды; реагентная очистка (т.е. введение в обрабатываемую воду солей алюминия, железа или полиэлектролитов), для укрупнения взвешенных и коллоидных частиц и перевода их в фильтруемую форму; механическая очистка воды с помощью фильтрования (качестве фильтрующего материала применяется кварцевый песок); адсорбция (в качестве фильтрующего материала используются активированный уголь)[10].

Глава 3. Повторное использование дождевых вод

3.1. Варианты повторного использования дождевых вод. В соответствии с допустимыми параметрами, определяемыми Всемирной Организацией Здравоохранения и Европейским Агенством по вопросам окружающей среды в отношении использования регенерированной воды выделяются три основные категории:

– системы орошения: полив культурных растений, предназначенных для производства пищевых продуктов для потребления человеком и домашними животными, а также продуктов непродовольственной сферы, полив участков озеленения, садово-парковых зон и спортивных объектов;

– гражданское назначение: мойка мостовых и тротуаров населенных пунктов, водоснабжение отопительных сетей и сетей кондиционирования воздуха, водоснабжение вторичных водораспределительных сетей (отдельно от питьевого водопровода) без права непосредственного использования такой воды в зданиях гражданского назначения за исключением систем слива туалетов и санузлов;

– промышленное назначение: снабжение систем пожаротушения, производственных контуров, моечных систем, термических циклов производственных процессов с исключением областей применения, предусматривающих контактирование вторичной регенерированной воды с пищевой, фармацевтической и косметической продукцией.

Дачный участок. Если вода будет использована только для полива, то вся система будет состоять из простейшего фильтра, резервуара для хранения, садового насоса и шланга. Простейшую систему сбора дождевой воды вполне можно сделать самостоятельно. Для этого нужно:

  • найти подходящую чистую емкость;

  • разровнять для нее площадку (лучше всего еще и забетонировать);

  • проделать в баке три отверстия: для самой водосточной трубы, для слива излишков в дренажную систему и для поливочного шланга;

  • установить на резервуаре фильтр—отделитель листвы;

  • подсоединить все трубы, заизолировать их.

Рис. 2 Система сбора и использования дождевой воды для полива садового участка.

Вода для дома. Дождевая вода находит оправданное применение, потому как позволяет экономить не только природные ресурсы, но и водопроводную жидкость, к тому же ее использование для стирки белья не требует применения в стиральных машинах противонакипных препаратов (благодаря природной мягкости). Некоторые считают, что дождевая вода очень чиста и обладает почти целебными качествами. Но это не так. Во время своего падения капля "промывает” до 16 литров воздуха. Так что пить дождевую воду и готовить на ней еду не стоит. Но зато она отлично сгодится для других вещей:

  • стирки, в том числе в стиральной машине;

  • влажной уборки помещений;

  • наполнителя бачка для унитаза.

  • Мытье машин

Для того чтобы дождевая вода подавалась в жилище, понадобится сложная система, соединенная с домашним водопроводом. В ее состав войдут:

  • резервуар;

  • устройство контроля уровня воды;

  • узлы очистки воды;

  • переливной сифон;

  • насосная станция;

  • набор труб[8].

Рис. 3. Система сбора и использования дождевой воды для бытовых нужд.

3.2. Описание установки.

Оборудование для сбора воды начинается с крыши. На покатой крыше можно оборудовать систему сбора воды с помощью схемы, изготовленной из желобов, водосточных труб, элементов крепления. По покатой крыше дождевая вода интенсивнее стекает, а значит , не будет успевать загрязняться. Для того чтобы вода с крыши попала в трубы, а из них – к точкам разбора в доме и вне его, необходимо продумать систему, в которой предусмотрено первоначальное накопление и последующая разводка. Многие современные водосточные конструкции изначально снабжены устройствами для задержки крупного мусора: сеточками с мелкими ячейками, которые располагаются вдоль желобов и в местах соединения с трубами. Также для очистки воды от крупного мусора крепят фильтры грубой очистки. В последствии их необходимо, по мере загрязнения чистить.[10].

Рис. 4 Схема сбора воды с крыши

Рис. 5 Модульная водосточная конструкция

Рис.6 Фильтры на желобах

Основными компонентами системы служат накопитель и водопровод. Емкость для сбора воды необходима, чтобы поддерживать нужный уровень жидкости в системе. В роли накопителя дождевой воды возможно использовать любой резервуар, изготовленный из экологически чистого материала. Монтаж резервуара на поверхности земли возле дома имеет ряд преимуществ: не надо копать специальный котлован и можно применять воду для полива без использования насоса. Бак для сбора дождевой воды, установленный в грунт, — лучший вариант с эстетической точки зрения. Следует отметить, что вода в прохладной земле не «зацветет». Существует несколько способов установки резервуара: расположить под водосточными трубами на поверхности земли; зарыть в грунт возле дома; поставить в подвале. При установке накопительной емкости не стоит забывать о страховке от переизбытка воды. В верхней части резервуара делают отвод, ведущий в канализацию, по которому и стекают излишки[5].

Рис. 7 Варианты расположения накопительной системы

Чтобы вода попадала из водостока в резервуар , а из него в помещение, нужно установить трубопровод. Хорошо подходят стандартные ПВХ изделия для наружной прокладки. С крыши в емкость вода попадает естественным путем, так как он находится ниже, но подача в дом осуществляется принудительно, то есть при помощи насоса[4].

Рис. 8 Установка сбора дождевой воды

3.3. Способ использования дождевой воды на пришкольном участке.

Мы предлагаем внедрить экономичный, простой, а так же эффективный метод сбора дождевой воды, с последующим использованием для полива растений. Вместо дорогостоящих емкостей нужно применять пластиковые бутылки, на которые одеваются специальные «листочки», для накопления воды. Кроме того не нужно будет таскать воду для полива, так как где установили бутылку для сбора, там и полили.

Рис. 4 Сбор воды на пришкольном участке

Это приспособление, конечно не решит глобальную проблему, но оно достаточно позитивно и наглядно демонстрирует отношение человека к окружающей среде. Мы считаем, что такое техническое решение можно реализовать в школе на уроках технологии, а затем использовать на пришкольном участке.

3.4. Результаты экспериментов.

1. Для экспериментальной части была взята проба снега, в которой отчетливо видны инородные частицы, взвесь.

  1. Вода подверглась отстаиванию (24 часа). Далее воду пропустили через фильтровальную бумагу.

  1. Воду подвергли адсорбции с помощью активированного угля. Очистка воды адсорбцией при помощи активированного угля удаляет из воды такие «сложные» загрязнители как хлор и хлористые соединения, растворенные газы и некоторую часть органических соединений, происходит очискта воды от железа. Также очистка воды адсорбцией при помощи активированного угля существенно улучшает органолептические качества воды, то есть устраняет неприятный запах и привкус воды.

В результате была получена вода, которая по внешнему виду и запаху не отличалась от водопроводной воды.

  1. Полученный образец был исследован на определение среды, с помощью индикатора. Среда нейтральная.

Вид очистки

Описание

Результат

Отстаивание

Разделение жидкости и крупных инородных частиц

Отсутствие осадка

Фильтрование

Удаление осадков из раствора

Отсутствие остаточных концентраций на стенках химической посуды

Адсорбция

Удаление растворенных газов, железа

Отсутствие запаха

Таким образом, в лабораторных условиях были проведены основные способы очистки дождевых вод, и в результате была получена дождевая вода, которую можно использовать для технических нужд.

3.5. Математическая обработка экспериментальных данных.

В результате эксперимента была получена очищенная дождевая вода с следующими значениями:

Цветность 19±0,5;

Запах 2±0,1;

рН 6±0,5

Полученные данные соответствуют предельно-допустимым концентрациям (ПДК) водоемов и могут использоваться на хозяйственные нужды (мытье полов и пр.).

Заключение.

Следует сделать вывод, что более 50 % средней ежедневной потребности воды - а это 132л на человека - составляет не питьевая часть, которую можно заменить дождевой водой, можно представить, что технические системы сбора атмосферных осадков, реализованные в индивидуальном порядке или даже для неширокого коллективного пользования, обеспечивают существенную экономию водных ресурсов.

В ходе, работы над проектом нами были решены поставленные задачи: составлена характеристика дождевой воды, изучены способы очистки применяемые на практике, в лабораторных условиях проведен эксперимент по очистке дождевой воды, описана установка по сбору и использованию дождевой воды, а так же разработаны варианты повторного использования дождевой воды на приусадебном и пришкольном участке и в загородном доме. Гипотеза подтверждена, дождевую воду действительно можно использовать для хозяйственных нужд, после очистки.

Мы надеемся, что в условиях сложившийся экологической ситуации в мире и нашей стране, каждый человек начнет заботиться не только о своем благе, но и об улучшении жизни на планете, хотя бы в малом: экономить источник жизни и повторно использовать дождевую воду.

Список использованных источников и литературы

  1. Абрамов Н. Н. Водоснабжение. Учебник для вузов. М.: Стройиздат, 1974. с. 480

  2. Быков Б.А. Экологический словарь. Алма-Ата: Наука, 1983г. с.502

  3. Безе Карл Хайнц Дождевая вода для сада и загородного домаBHV, 2010 г.с.176

  4. Гринько Е. А. Водоснабжение и водоотведение. Ижевск: Иж.ГТУ, 2009. с. 212

  5. Курганов, А. М. , Вуглинская, Е. Э. Водозаборы подземных вод: учеб. пособие для студентов СПб.: ГАСУ., 2009. – 80 с.

  6. Попкович Г. С. Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения – М.: Книга по требованию, 2012. с. 390

  7. Схема водоснабжения и водоотведения г. Нижний Новгород на перспективу до 2025 г. Администрация, Н. Новгород, 2015г.

  8. RCI № 2/2006. Перевод с итальянского Булекова С. Н.

  9. Н.И.Мазнев, Определение качества воды [Электронный ресурс]. - Режимдоступа:http://www.o8ode.ru/article/dwater/opredelenie_ka4ectva_vody.htm

  10. Интернет- источники

http://active-house.ru

http://www.abok.ru

http://spooo.ru

www.budexpert

http://sistemyochistkivody.ru

http://aqua-rmnt.com