Питьевая вода и бытовые способы очистки воды

Первомайский  район

МБОУСОШ №140

 

Секция «Здоровое  поколение XXI века»

 

Куртукова Ивана

9Б класс

 

 

Питьевая  вода и бытовые способы очистки воды

 

 

 

Научный руководитель:

Никифорова  Ирина Анатольевна

учитель химии

Контактный  телефон: 337-05-23

 

 

 

 

 

 

 

 

Новосибирск

2011 г. 
Оглавление

Введение…………………………………………………………………………3

1. Способы очистки воды………………………………………………………4
1. Механическая фильтрация………………………………………………4
2. Сорбция. Сорбенты. Сорбционные фильтры………………………….5
3. Ионный обмен……………………………………………………………5
4. Обратный осмос…………………………………………………………6
5. Электрохимическая очистка……………………………………………6
6. Дистилляция…………………………………………………………….7
7. Очистка воды с использованием фильтров……………………………7
2. Улучшение качества питьевой воды, если под рукой нет фильтров………8

Заключение………………………………………………………………………12

Список литературы………………………………………………………………13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Цели и задачи: изучить разновидности очистки воды, изучить и научиться очищать воду в домашних условиях.

Введение

Все живое в  нашей жизни связано с водой, поэтому нет более волнующей  и обсуждаемой темы, чем тема воды. Особенно вызывает проблему качество водопроводной воды. Конечно, пить сырую воду из-под крана сегодня решится далеко не каждый.

В жизни людей  вода занимает особое место. Вместе с  землей и воздухом она окружает человека, сопровождает его на протяжении всей жизни. Ежедневно мы выпиваем около 2,5 литров воды. Без воды человек не может обходиться, но на состояние нашего здоровья влияет не только количество выпитой воды, а и ее качество. Основным источником поступления воды в дома является водопровод. Перед подачей в водопровод качество воды контролируется - она должна соответствовать государственному Стандарту, в котором указаны предельно допустимые концентрации (ПДК) для различных загрязняющих веществ. По данным экспертов, вода из водопроводов у нас в стране с каждым годом становится хуже, и её состояние называется критическим. Причиной является естественное разрушение водопроводной сети, недостаток сооружений, необходимых для нормальной очистки, нехватка денег на замену или обновление ветхих трубопроводов, отслуживших уже все свои сроки.

Основным показателем  качества воды является ее влияние  на здоровье человека. А если вода не соответствует стандартам и в  ней содержатся различного рода примесей, то, безусловно, они оказывают далеко неблаготворное влияние на здоровье, вызывая различные заболевания.

Все приведенные  выше данные свидетельствуют о необходимости  по принятию мер по очистки водопроводной воды.

 

Способы очистки  воды

Механическая фильтрация

Самый простой способ очистки воды. Для очистки воды поверхностного источника от грубодисперсных примесей или осветленной воды после осветлителя от тонкодисперсного шлама используются осветлительные (механические фильтры). Вода, двигаясь через зернистую загрузку, задерживающую взвешенные частицы, осветляется. Эффективность процесса зависит от физико-химических свойств примесей, фильтрующей загрузки и гидродинамических факторов. В толщине загрузки происходит накапливание загрязнений, уменьшается свободный объем пор и возрастает гидравлическое сопротивление загрузки, что приводит к росту потерь напора в загрузке. 
 
В общем виде, процесс фильтрации можно условно разбить на несколько стадий: перенос частиц из потока воды на поверхность фильтрующего материала; закрепление частиц на зернах и в щелях между ними; отрыв закрепленных частиц с переходом их обратно в поток воды. Извлечение примесей из воды и закрепление их на зернах загрузки происходит под действием сил адгезии. Осадок, формирующийся на частицах загрузки, имеет непрочную структуру, которая под влиянием гидродинамических сил может разрушаться. Некоторая часть ранее прилипших частиц отрывается от зерен загрузки в виде мелких хлопьев и переносится в последующие слои загрузки (суффозия), где вновь задерживается в поровых каналах. Таким образом, процесс осветления воды нужно рассматривать как суммарный результат процесса адгезии и суффозии. 
 
Осветление в каждом элементарном слое загрузки происходит до тех пор, пока интенсивность прилипания частиц превышает интенсивность отрыва. По мере насыщения верхних слоев загрузки процесс фильтрации переходит на нижерасположенные, зона фильтрации как бы сходит по направлению потока от области, где фильтрующий материал уже насыщен загрязнением и преобладает процесс суффозии к области свежей загрузки. Затем наступает момент, когда весь слой загрузки фильтра оказывается насыщенным загрязнениями воды, и требуемая степень осветления воды не обеспечивается. Концентрация взвеси на выходе загрузки начинает возрастать. Время, в течение которого достигается осветление воды до заданной степени, называется временем защитного действия загрузки. При его достижении либо при достижении предельной потери напора осветлительный фильтр необходимо перевести в режим взрыхляющей промывки, когда загрузка промывается обратным током воды, а загрязнения сбрасываются в дренаж.

Наиболее эффективны и экономичны многослойные фильтры, в которых для увеличения грязеёмкости и эффективности фильтрации загрузку составляют из материалов с различной плотностью и размером частиц: сверху слоя – крупные легкие частицы, внизу – мелкие тяжелые. При нисходящем направлении фильтрования крупные загрязнения задерживаются в верхнем слое загрузки, а оставшиеся мелкие – в нижнем. Таким образом, работает весь объем загрузки. Осветлительные фильтры эффективны при задержании частиц размером >10 мкм. Фильтрование в осветлительных фильтрах применяется для удаления взвешенных примесей при их количестве до 100 мг/л (двухслойные фильтры) и до 50 мг/л (однослойные).

Сорбция. Сорбенты. Сорбционные фильтры 

Сорбцией называют поглощение примесей из газа или жидкости твердыми телами, которые называют сорбентами. 
Процесс сорбционной очистки состоит в пропускании газа или жидкости через сосуд, заполненный сорбентом – сорбционный фильтр. Если режим фильтрации и сорбент выбраны правильно, то достигается желаемый результат – удаление из газа или жидкости вредных примесей. Именно так работают противогазы и фильтры для воды. 
Не будет сильным преувеличением сказать, что сорбционные фильтры – это в первую очередь угольные фильтры. Активированные угли – наиболее широко используемые сорбенты, производимые миллионами тонн в год. Это универсальные сорбенты, применяемые для удаления примесей самой различной химической природы. 
Активация позволяет получить сорбент с площадью пор около 1000-1500 квадратных метров на 1 грамм угля. Эти чрезвычайно высокие величины и объясняют необычайно высокую эффективность активированных углей.

 

Ионный обмен

Ионный обмен - это специфический случай сорбции заряженных частиц (ионов), когда поглощение одного иона сопровождается выходом в раствор другого иона, входящего в состав сорбента. При этом ион, присутствие которого в воде нежелательно, фиксируется на сорбенте. Таким образом, происходит "замещение" одних ионов (назовем их "вредными") на другие (назовем их "безвредными"). 
Сорбенты, работающие по такому механизму, называются ионообменными материалами или ионитами. Иониты способны извлекать из воды одни растворенные соли, замещая их другими солями (например, соли кальция и магния могут заменяться на соли натрия). 
Чаще всего в процессе водоочистки ионный обмен используется для удаления из воды катионов тяжелых металлов (например, свинца), представляющих опасность для здоровья человека, а также для избавления от нитратов. 
Еще одно из применений ионитов – умягчение жесткой воды, то есть удаление из воды избыточного содержания ионов кальция и магния. 
Существенной характеристикой ионообменных смол является их обменная емкость, то есть способность "заместить" определенное количество "вредных" ионов. Одно из главных свойств ионообменных смол - это их способность к регенерации после исчерпания "ресурса".

Обратный осмос

Обратный осмос - это очистка воды при помощи обратноосмотической мембраны. Вода при таком способе очистки пропускается через мембрану (своеобразное "сито"), поры которой пропускают воду, но не пропускают растворенные в ней примеси (правда, установка не пропускает никакие примеси - ни вредные, ни полезные). 
Система обратного осмоса позволяет получать воду очень высокой степени очистки (близкую к дистиллированной). Обратным осмосом можно удалять из воды даже одновалентные ионы, например, ионы натрия и хлора. 
Обратноосмотические установки обязательно должны содержать активированный уголь, так как сама мембрана не задерживает низкомолекулярную высоколетучую органику (типа хлороформа) и бактерии. 
Качество воды, профильтрованной такой установкой, стабильно.

Электрохимическая очистка

Основана на сложных окислительно-восстановительных реакциях, которые происходят в воде при воздействии на нее сильного электрического тока и приводят к образованию так называемой "живой" и "мертвой" воды. 
Этот способ экономичен, так как позволяет достигнуть высокой производительности при небольших затратах.  
Электрохимическая очистка распространена в России, но не применяется в быту на Западе (используется только для промышленной очистки, но не для очистки питьевой воды). 
Электрохимическая очистка действительно позволяет очистить воду от всех микроорганизмов. Но при этом разрушается также часть органических веществ. Кроме того, поскольку точный состав исходной воды неизвестен, никто не знает, как при воздействии на эту воду сильного электрического тока содержащиеся в ней вещества прореагируют между собой. В результате этих реакций могут получиться совсем "несъедобные" соединения.

Дистилляция

Дистилляция — перегонка, испарение жидкости с последующим охлаждением и конденсацией паров.

Существуют два вида дистилляции - простая и фракционная дистилляция. Простая дистилляция — частичное испарение кипящей жидкой смеси путём непрерывного отвода и конденсации образовавшихся паров в холодильнике. Полученный конденсат называется дистиллятом, а неиспарившаяся жидкость — кубовым остатком.

Фракционная дистилляция (или дробная перегонка) — разделение многокомпонентных жидких смесей на отличающиеся по составу части — фракции. Основана на различии в составах многокомпонентной жидкости и образующегося из неё пара. Осуществляется путём частичного испарения легколетучих компонентов исходной смеси и последующей их конденсации. Первые (низкотемпературные) фракции полученного конденсата обогащены низкокипящими компонентами, остаток жидкой смеси — высококипящими. Для улучшения разделения фракций применяют дефлегматор.

Применение

Дистилляция применяется  в химической, нефтеперерабатывающей, фармакологической промышленности, в лабораторной практике. Также путём  перегонки (однократной или многократной) на ликёро-водочных заводах получают полуфабрикат для множества алкогольных напитков: коньяка, рома, виски, а в домашних условиях — самогон.

Очистка воды с использованием фильтров

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

 

Улучшение качества питьевой воды, если под рукой  нет фильтров

 

План исследований:

1. Кипячение
2. Фильтрование
3. Адсорбция
4. Дистилляция
5. Вымораживание
6. Отстаивание

Кипячение

Порядок проведения:

1. Наливаю воду  из крана на вид совершенно прозрачную.

2. Кипячу воду.

3. При нагревании  вода меняет цвет на желтый (выпадение солей железа). С повышением  температуры вода приобретает  рыжий оттенок.

4. После кипячения  воды продолжительностью не менее  5 минут провожу отстаивание. Процесс отстаивания проходит значительно быстрее. Переливаю воду, исключая выпавший осадок.

Вывод: Кипячение  лишь частично решает проблему очистки  воды. Происходит испарение вод. Концентрация солей увеличивается, они отлагаются на стенках в виде накипи. Данный процесс требует дополнительных финансовых затрат (оплата затраченной электроэнергии или газа) требуется отслеживание времени кипения воды.

 

Фильтрование

 

Порядок проведения:

1. Беру воронкообразный  сетчатый фильтр и пропускаю  через него водопроводную воду.

2. Наблюдаю осевшие  на стенках фильтра мелкие  механические частицы.

3. Сквозь фильтр  проходит чистая вода.

Вывод: Достоинством этого метода является малая финансовая затратность. Вода достаточно на вид  чистая, без примесей механических частиц. Процесс нетрудоемкий, но требует времени.

Адсорбция

Порядок проведения:

1. Из имеющихся  в обиходе предметов выбрал  емкость для пищевых целей  (пластиковую бутылку и отрезал  дно),

2. Подготовил  мелкий гравий песок, древесный  уголь, два куска ткани для  прослойки. Заполнил ими бутылку.

3. Налил воду, через 20 минут получил около  0,50 литра воды немного серого  цвета. Процесс повторяю.