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

ВЫБОР КОАГУЛЯНТА И ЕГО РОЛЬ В ОСВЕТЛЕНИИ ВОДЫ
Душенко А.А.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


 ВВЕДЕНИЕ

Предлагаемая работа - продолжение долгосрочного международного проекта

«Экологическая культура без границ» [Приложение 1]. Подводя итоги

мониторинга состояния природных водоемов - р.Тузлов, р.Дон, члены

экологического сообщества «ГАРМОНИЯ» средней школы №1 пришли к

неутешительным выводам: наши водоемы больны и нуждаются в срочной

реанимации, потому что по таким качественным показателям как активный

кислород, рН, цветность, мутность они давно пересекли черту здорового

водоема. Возможно ли использование такой воды для питьевых и

хозяйственно-бытовых нужд? Какой путь должна пройти вода, прежде чем

станет прозрачной, чистой и готовой к потреблению? Сколько препятствий

придется преодолеть воде, прежде чем она наградит своею прохладой,

кристальной чистотой, вкусом нас, землян? Не случится ли в нашем обществе

тот коллапс, свидетелями которого стал Джо Бауэрс, герой фильма

«Идиократия», попавший в результате научного эксперимента в цивилизацию

2500 года? На Земле произошли большие изменения. Бездумное потребление

природных ресурсов, загрязнение окружающей среды, отсутствие

ответственных решений, направленных на оздоровление природы, привели

потребителей двадцать пятого столетия к экологической катастрофе: некогда

цветущая планета превратилась в безжизненную пустыню, покрытую горами

мусора. Сегодня век двадцать первый. Кажется, по временным меркам, рано

бить тревогу. Рано? Только в России, по мнению ученых, на одного жителя

приходится более 35 тонн мусорных отходов. Мусорные полигоны тяжелой

раной покрывают некогда цветущие просторы страны. Часто они находятся в

непосредственной близости от водоемов. Жизненно важные водные артерии

страны уже сегодня представляют мрачную картину: инфильтрация и часто

просто отсутствие современных технологий по переработке и очистке твердых

и жидких отходов приводят к тому, что природная вода становится

непригодной и опасной для использования.

ВЫБОР КОАГУЛЯНТА И ЕГО РОЛЬ В ОСВЕТЛЕНИИ ВОДЫ

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ

Цель работыбыла определена формированием экологической культуры,

навыков исследовательской деятельности, интегрированного подхода к

решению поставленных задач, повышением уровня экологического

образования.

Задачи состояли в:

– осуществлении самостоятельного информационного поиска,

– совершенствовании навыков лабораторного практикума в условиях

стационарной лаборатории,

– изучении процесса осветления воды с помощью коагулянтов и выбора

наиболее эффективного из них;

– расширении площадки социализации школьников,

– проведении экологических десантов, акций, способствующих

формированию активной гражданской позиции в школьной среде и в

обществе.

Модельная вода, которую мы использовали в своей работе, по своим параметрам была приближена к реальной воде, пробы которой исследовались нами во время «World Water Monitoring»[ 3, 4].

Сегодня события 2008 -2014 гг.- экологическая хроника, включающая много

интересных и полезных событий. [Приложение 2]. Одновременно возникает

чувство неудовлетворенности от того, что обследуемые водоемы (р.Тузлов и

р.Дон) по мутности и цветности все эти годы принадлежат к категории

загрязненных водоемов. Сезонная мутность часто превышает концентрацию 200 – 300 мг/л. Мониторинг качества природной воды проводился в условиях

переносной лаборатории. Нам предстояло познакомиться с процессом осветления воды в условиях стационарной лаборатории.

2. ПРЕДПОЛАГАЕМЫЕ РИСКИ

Предполагала ли намеченная работа возможные риски? Мы были к ним

готовы:

– Не всем нашим сверстникам будут доступны и понятны проблемы,

связанные с бережным отношением к водным ресурсам и их рациональным потреблением;

– Не было уверенности в том, что нам будет предоставлена профессиональная лаборатория для наших исследований;

– Трудно найти единомышленников среди компетентных людей, которым

проблема близка, и часто из-за отсутствия времени они не в состоянии будут оказать нам поддержку;

– Из-за ограниченности технических и материальных средств мы можем

быть лишены возможности исследования процессов, связанных с осветлением воды, содержащей взвешенные примеси;

– Отсутствие опыта в презентации исследовательской работы на

студенческой научной конференции.

3.ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Мы прекрасно понимали, что от четкости планирования проектной работы зависит ее успешность. Нами были определили этапы и конкретизированы задачи каждого из них:

ЭТАП I изучение материалов состояния природных водоемов (р. Тузлов, р.Дон) – 2008 - 2014 гг (сентябрь, 2014)

ЭТАП II освоение методик процесса анализа и осветления модельной

воды – ноябрь - декабрь, 2014 г

ЭТАП III выбор коагулянта и его оптимальной дозы для осветления

модельной воды – январь-февраль, 2015г

ЭТАП IV обсуждение результатов на научно-практической конференции

и публикация тезисов – апрель-май, 2015г

Успешный поиск единомышленников в работе - это большая удача. Мы

очень признательны всем, кто с самых первых шагов поддержал наш

проект. Это в первую очередь преподаватели кафедры и учителя-наставники, с

помощью которых мы нашли интегрированный подход к реализации своих

идей.

Поскольку опыт работы в стационарной лаборатории у нас отсутствовал, то на

втором этапе нам предстояло освоить методики по определению параметров

модельной воды (Щелочность, мутность, рН) в условиях стационарной

лаборатории [ 2 ].

4. ОТ ПЛАНИРОВАНИЯ К РЕАЛИЗАЦИИ

Природная вода – это многокомпонентная система, которая включает в себя минеральные и органические вещества, газы и микроорганизмы. Качество

воды, используемой для хозяйственно-питьевых целей, регламентировано

Санин. Раз в год определяется анализ более, чем на 50 химических

элементов.

Вода для хозяйственно-питьевых целей должна соответствовать требованиям

Санин [ 1 ]. Таблица 1

Для удаления из воды веществ, обуславливающих мутность, цветность и

некоторые антропогенные загрязнения, в воду вводят коагулянты, чаще всего

минеральные соли алюминия и железа, которые при гидролизе образуют

структуры, обладающие высокими адсорбционными свойствами. Частицы

взвеси, сталкиваясь с хлопьями коагулянта или прилипают к ним механически,

или захватываются ими. Из обширного списка современных реагентов (рис.1,

рис.2) мы выбрали наиболее распространенные:

• сернокислый алюминий (Al 2 (SO 4)3 )

• гидроксохлорид алюминия (Al 2 (OH) 5 Cl) Рисунок 1

Рисунок 2

Правильно выбранная доза коагулянта позволяет экономно и эффективно

использовать реагенты и планировать их поступление на очистные сооружения.

Для сравнения эффективности процесса коагуляции в идентичных пробах

модельной воды мы приводим данные (табл. 2, рис.3), полученные в ходе

эксперимента с Al 2 (SO 4)3 и (Al 2 (OH) 5 Cl) Таблица2

Рисунок 4

Рисунок 4 наглядно иллюстрирует процесс коагуляции механических

загрязнений в модельной воде. При недостаточной дозе коагулянта образования

хлопьев практически не происходит. Нами был проведен эксперимент с

использованием гидроксида алюминия и гидроксохлорида алюминия. При

одинаковом составе и объеме исследуемых проб, данные, полученные нами в

ходе эксперимента, позволили сделать следующий вывод: наиболее

эффективным является коагулянт гидроксохлорид алюминия.

В г. Новочеркасске в настоящее время используется гидроксохлорид алюминия

(Торговая марка: АКВААУРАТ ТМ30) .

В качестве обеззараживающего реагента используется гипохлорит натрия.

По самым скромным ценам прейскуранта 2014 года годовая стоимость

коагулянта и окислителя для станции очистки в нашем городе следующая.

Если учесть, что годовая пропускная способность очистных сооружений

Новочеркасска составляет 12105,55 тыс.м 3 ; для очистки этого объема воды

требуется 57 тонн аквааурата и 1550 т соли для производства гипохлорита

натрия при их годовой стоимости соответственно 33500 руб за тонну и 2954

рублей за тонну, то арифметика простая - 42, 943 млн руб. в год.

ВМЕСТОЗАКЛЮЧЕНИЯ

Проделанная нами работа не претендует на научное открытие. Но как нам

кажется заслуженный интерес к ней можно объяснить возможностью:

– оценить практическую ценность изучаемых в школе предметов таких как химия, иностранный язык, информатика, физика;

– знакомства с интересными, компетентными людьми из числа

преподавателей и студентов кафедры « ВОДНОЕ ХОЗЯЙСТВО,

ИНЖЕНЕРНЫЕ СЕТИ И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ»,

ЮРГПУ(НПИ) им. М.И.Платова;

– осознания того, насколько сегодня, в век безудержного потребления,

актуально экологическое образование;

– попробовать себя в популяризации полученного опыта в среде сверстников и младших школьников [Приложение 4];

– оценить истинную стоимость, а точнее богатство, прозрачной, прохладной, безопасной воды;

– приобрести опыт презентации своей работы на вузовской студенческой

конференции;

– опубликовать тезисы в сборнике «Студенческая научная весна 2015»

– наметить план работы на перспективу.

ЛИТЕРАТУРА

1.В.Л.Драгинский, Л.П. Алексеева, С.В.Гетманцев. Коагуляция в технологии очистки природных вод, М, 2005, стр. 36 -77

2 С.Н.Линевич, Л.Н.Фесенко, С.И.Игнатенко. Теоретические основы и лабораторный практикум по кондиционированию воды, Новочеркасск, 2001, стр.3 -29

3. nov-school1.ru

4.www.sdcwmc.org

Приложение1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

«Когда в мутном омуте вода осветляется» или «Возвращение Микробки из Сан-Диеговки»

Мы хотим пригласить Вас в не совсем обычное путешествие: путешествие- возвращение необычного сказочного героя, который не смотря на свой солидный возраст выглядит вполне ничего! Это новочеркасская Микробка, которая была создана нашими учениками много лет назад.

С ними она росла, с ними училась, с ними побывала в кругосветном путешествии. И до сих пор наша Микробка пользуясь заслуженным уважением представляет Россию, а

точнее нашу школу на сайте сан-диеговского университета. Почему? да потому, что она - индикатор качества природной воды. Наша землячка вдруг заскучала. Ей часто снились донские просторы, родная водная гладь речкиТузов, кваканье лягушек, братья и сестры, которых она долго не видела.

Она тихонько выбралась из сайта университета и пошла, как многие сказочные герои, через горы, моря домой. Родной дом встретил ее рыданиями: Тузлов погибал. Что делать, как спасти своих братишек и сестер? Выход нашелся скоро, ведь не зря все эти годы она сидела на сайте в Сан- Диеговке: ее маленькие быстрые пальчики быстро бегали по клавиатуре компьютера. Вот он сайт школы №1. Микробка волнуется: так нужна помощь от людей. Они, к счастью, рядом и всегда рады помочь: плохого не посоветуют. Сами многое узнают в храме науки, имя которого НПИ, и Микробку пригласили в святая святых- лабораторию качества воды. Так интересно ей еще не было. Вместе с нами она познакомилась с методами очистки и обеззараживания природной воды. Она из мутной на глазах превращалась в прозрачную, чистую, прохладную. Такую, о которой Микробка мечтала с тех самых пор, когда вода в

Тузлове была чистой.

Как, как это вы делаете? Берем пробу воды, добавляем коагулянт, перемешиваем, как в фокусе, и чудо: на глазах у нас появляются сказочно воздушные хлопья, которые собирают на себе все загрязнения. А какой он, коагулянт? Да, вот он перед тобою: смотри, сияет, словно драгоценные россыпи! Тут тебе и сульфат алюминия, тут тебе и хлорид железа. А вот это самый активный, потому что работает не покладая рук: хлопья у него крупные, рыхлые, не распадаются. Зовут его гидроксохлорид алюминия, а на американский манер - «АКВА- АУРАТ». А уж как взвешенные загрязнения на себе сортирует, АУРАТУШКА! просто -загляденье!

«Вот бы мне в Тузловочку хотя бы немного, я бы всю воду осветлила и мутности как не бывало!» Бери Микробка и помни, что удовольствие это очень дорогое. Для того, чтобы очистить воду этим реагентом для новочеркассцев, необходимо было только в 2014 году потратить около 43 миллионов рублей! И решила Микробка беречь каждую капельку очищенной воды, а Вы, друзья, бережете воду? Кран дома закрывать не забываете?

17