Проект вода и способы ее отчистки. Бытовые способы очистки воды - доклад

О наличии в трубопроводах жесткой воды будут свидетельствовать:

• белый налет на кафеле и посуде;
• плохо текущая вода из крана;
• повышенный расход электроэнергии;
• частые поломки стиральных машин и другой бытовой техники.

Оградить себя от неприятных последствий можно, смягчив воду и очистив ее от накипи.

Как это сделать

На сегодняшний день применяется множество способов очистки и смягчения воды.

• Системы обратного осмоса
  Данная технология позволяет очистить воду до кристального состояния. Вода, проходящая через многочисленные мембраны, избавляется от примесей. На выходе получается дистиллят. Главный недостаток способа – вода лишается и минералов. Среди прочих минусов стоит отметить:
  • Дороговизну оборудования.
  • Необходимость регулярной замены фильтров.
• Фильтры-кувшины
  Их можно встретить почти в каждой квартире. Более дорогие фильтры-кувшины удерживают вредные примеси, грязь и даже хлор. Соли тяжелых металлов будут присутствовать.
• Трехступенчатая система очистки
  Она предполагает установку различных фильтров, устанавливаемых в водопровод. Это эффективный метод очистки воды от накипи. Дальнейшая минерализация, в отличие от системы обратного осмоса, не требуется. Но и здесь есть ряд минусов. Время от времени придется заменять картриджи и саму систему.
• Нетрадиционные методы
  Нередко владельцы квартир и домов отдают предпочтение именно этому способу, используя:
  • Шунгит.
  • Активированный уголь.
  • Кремний.
  • Серебро.
  • Горный кварц.
  • Кислоты (аскорбиновая, винная, лимонная, уксусная).

Современная обработка воды

Компания «Современные системы» разработала и запатентовала противонакипное устройство WaterMill. Обработка предполагает электромагнитное воздействие на воду. Благодаря ему выполняется очистка котлов отопления от накипи и других бытовых приборов и смягчается вода. Соли жесткости не будут оседать на стенках оборудования, а имеющиеся отложения постепенно выведутся.

Cлайд 1

Cлайд 2

Отстаивание Порядок проведения: Налил в одну некоторое количество водопроводной воды. Накрыв тканью во избежание попадания в воду посторонних примесей. По истечение некоторого времени, что зависит от объема воды, выпадение осадка на дне: в бокалах через 20 мин, в больших ёмкостях через 2-3 часа. Выпадения осадка различно по насыщенности цвета и по количеству. После отстаивания аккуратно слил чистую воду в другие ёмкости, отставив 1/3 часть как непригодную к употреблению. Вывод: Процедура отстаивания долговременная, чтобы избавиться от осадка необходимо слить её вместе с 1/3 воды. Этим способом можно избавиться только от механических примесей. После отстаивания воду нужно кипятить.(Часть 2)

Cлайд 3

Кипячение Порядок проведения: Наливаю воду из крана на вид совершено прозрачную. Кипячу воду. При нагревание вода меняет цвет на жёлтый (выпадение солей железа). С повышением температуры вода приобретает рыжий оттенок. 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 виде накипи. Данный процесс требует дополнительных финансовых затрат (оплата затраченной электроэнергии или газа) требуется отслеживание времени кипения воды. (Часть 3)

Cлайд 4

Фильтрование Порядок проведения: Беру воронко образный сетчатый фильтр и пропуская через него водопроводную воду. Наблюдая осевшие на стенках фильтра мелкие механические частицы. Сквозь фильтр проходит чистая вода. Вывод: Достоинством этого метода является малая финансовая затратность. Вода достаточно на вид чистая, без примесей механических частиц. Процесс нетрудоёмкий, но требует времени. (Часть 4)

Cлайд 5

Адсорбция Порядок проведения: Из имеющихся в обиходе предметов выбрал ёмкость для пищевых целей(пластиковую бутылку и отрезал дно). Подготовил мелкий гравий песок, древесный уголь, два куска ткани для прослойки. Заполним ими бутылку. Налил воду, через 20 минут получил около 0,50 литра воды немного серого цвета. Процесс повторяю. Провожу отстаивание. Серое «пылевое» облако через 15 минут оседает на дно. Вода становится прозрачной. Сливаю. Вывод: Способ эффективен при любых загрязнениях воды, в том числе если в воде есть растворённые газы. Уголь адсорбирует эти газы и задерживает мелкие частицы примесей. Данный способ применим даже в полевых условиях (для очистки болотной воды) (Часть 5)

Cлайд 6

Дистилляция Порядок проведения: Находим все необходимые предметы для проведения эксперимента (стеклянную банку, емкость для сбора конденсата, чайник, подставка для посуды). Готовлю прибор для дистилляции. Заполняю чайник водопроводной водой, под крышку помещаю фольгу для предотвращения прохождения пара через крышку. Кипячу. Носик чайника направлен в банку. Прозрачными каплями со стенок банки стекает конденсат. После 30 минут получаем 150 миллилитров дистиллированной воды. Вывод: Процесс занимает много времени, выход воды мал, большие затраты энергии. Но вода идеально чистая! (ПриложениеVI) Вывод: Процесс занимает много времени, выход воды мал, большие затраты энергии. Но вода идеально чистая!(часть 6)

Cлайд 7

Вымораживание Порядок проведения: В посуду, устойчивую к низким температурам наливаю водопроводную воду и ставлю в морозильную камеру. Через 1,5 часа достаю из посуды часть замерзшего льда и удаляю его. Оставшуюся часть воды снова помещаю в морозильную камеру. И достаю через 2-3 часа. Перевернув лед наблюдаю пространство, в заполненное незамёрзшей водой, её без сожаления выливаем (в ней находятся вредные примеси). Оставшийся лёд растапливаю, это и есть чистая вода. Вывод: Дополнительных расходов нет (холодильник всегда работает), вода очищена от вредных примесей, но механические частицы могут присутствовать в небольших количествах.(Часть7)

Вода из скважин и природных источников имеет ряд растворенных компонентов и взвесей. Чтобы получить жидкость, которую можно использовать в промышленности, для бытовых целей и для питья, ее следует качественно очистить. Современные способы очистки воды очень разнообразны. Они делятся на несколько групп по характеру происходящих процессов. С использованием методов создаются приборы, которые обеспечивают оптимальную очистку. Этот процесс требует комплексного подхода, поэтому применяется сразу несколько подходящих методов.

Рис. 1 Некоторые методы водоочистки

Физические способы основаны на соответствующих физических процессах, воздействующих на воду и присутствующие загрязнения. Обычно такие методы используют для устранения нерастворимых, крупных включений. Иногда они воздействуют и на растворенные вещества и биологические объекты. Основными физическими способами очистки являются кипячение, отстаивание, фильтрование и обработка ультрафиолетом.

Кипячение

В процессе кипячения на воду воздействует высокая температура. В результате такого воздействия устраняются микроорганизмы, некоторые растворенные соли выпадают в осадок, образуя накипь. При длительном кипячении могут распадаться более устойчивые вещества, например, соединения хлора. Метод простой и оптимальный для использования в быту, но очищающий только относительно небольшие объемы воды.

Отстаивание

В этом случае используется воздействие естественной силы тяжести на относительно большие механические включения. Под воздействием собственной тяжести они опускаются на дно емкости, образуя слой осадка. Выполняют отстаивание воды в специальных отстойниках. Эти емкости снабжаются устройствами для сбора и удаления получающегося осадка.

Фильтрование

При прохождении воды материал с порами или другими отверстиями, часть загрязнений задерживается. Остаются на поверхности частицы, которые крупнее пор или ячеек. По степени очищения выделяют фильтрацию грубую и тонкую. При грубой очистке задерживаются только крупные частицы. В процессе тонкой удерживаются включения, размер которых составляет всего несколько микрон.

Рис. 2 Уровни фильтрования

Обработка ультрафиолетом

Использование ультрафиолетового излучения позволяет устранить биологические загрязнения. Свет этого спектра воздействует на основные молекулы, что приводит к гибели микроорганизмов. Стоит учитывать, что обрабатывают ультрафиолетом воду, которая очищена от взвеси, т.е. произведена предварительная очистка воды. Твердые включения создают тень, которая защищает бактерии от ультрафиолетового света.

Химические методы водоочистки

Химические способы очистки воды основаны на реакциях окисления-восстановления и нейтрализации. В результате взаимодействия специальных реагентов с загрязняющими веществами происходит реакция, итогом которой становится нерастворимый осадок, разложение на газообразные составляющие или появление безвредных компонентов.

Нейтрализация

Применение этого метода обеспечивает устранение кислой или щелочной среды и приближение ее показателей к нейтральным. В воду с определенным показателем кислотности добавляют реагенты, обеспечивающие создание кислой или щелочной среды. Чтобы нейтрализовать кислую среду, применяют щелочные составы: кальцинированную соду, гидроксид натрия и некоторые другие. Для устранения щелочной среды выбирают растворы некоторых кислот или оксиды углерода, серы и азота. Последние при растворении в воде образуют слабые кислоты. Реакции нейтрализации обычно представляют собой химические методы очистки сточных вод. При подготовке питьевой воды из природных источников изменение реакции не требуется, она изначально близка к нейтральной.

Процессы окисления и восстановления

При очистке воды чаще всего используется окисление. В процессе реакции с окислителями загрязняющие соединения превращаются в безвредные компоненты. Они могут быть твердыми, газообразными или растворимыми. В качестве сильных окислителей выступают соединения хлора, озон и некоторые другие вещества.

Рис. 3 Установка для окисления озоном

Очистка воды физико-химическими методами

Методы очистки воды, относящиеся к этой группе, включают одновременно физические и химические способы воздействия. Они весьма разнообразны и помогают удалить значительную часть загрязнений.

Флотация

В процессе очистки воды методом флотации через жидкость пропускают газ, например, воздух. Создаются пузырьки, на поверхность которых прилипают гидрофобные частицы загрязнений. Пузырьки поднимаются на поверхность и образуют пену. Этот слой пены с загрязнениями легко удаляется. Дополнительно могут использоваться реагенты повышающие гидрофобность или сцепляющие и укрупняющие частицы загрязнений.

Рис. 4 Принцип флотации

Сорбция

Очищение воды методом сорбции основывается на избирательном удерживании веществ. Чаще всего используют адсорбцию, когда удержание происходит на поверхности сорбента. Сорбция бывает физической и химической. В первом случае используются силы межмолекулярного взаимодействия, а во втором – химических связей. В качестве сорбентов обычно выступают активированный уголь, силикагель, цеолит и прочие. Некоторые виды адсорбентов могут восстанавливаться, а другие утилизируются после загрязнения.

Экстракция

Процесс экстрации выполняется с использованием растворителя, который плохо смешивается с водой, но лучше растворяет загрязняющие вещества. При контакте с очищаемой жидкостью загрязнители переходят в растворитель и концентрируются в нем. Таким способом из воды устраняют органические кислоты, и фенолы.

Метод ионного обмена применяется в основном для удаления из воды солей жесткости. В некоторых случаях его используют для устранения растворенного железа. Процесс заключается в обмене ионами меду водой и специальным материалом. В качестве такого материала выступают специальные синтетические ионообменные смолы. Этот способ очистки воды получил распространение не только в промышленности, но и в быту. Сейчас не затруднит приобрести фильтр, имеющий ионообменный картридж.

Рис. 5 Ионный обмен

Еще один способ, с помощью которого выполняется очистка питьевой воды, это обратный осмос. Для очистки требуется специальная мембрана с очень мелкими порами. Через поры проходят только небольшие молекулы. Загрязняющие вещества отличаются большим размером, чем молекулы воды, поэтому не проходят сквозь мембрану. Такая фильтрация выполняется под давлением. Получающийся раствор из загрязняющих веществ утилизируется.

Рис. 6 Обратный осмос

Методы, используемые в бытовых фильтрах

Все эти методы используются для очищения жидкостей, в том числе и сточных вод. Но в большинстве случаев людей интересует, как очистить воду дома для употребления в пищу и бытовых целей. Очистка воды в домашних условиях не предполагает использования всех названных способов. Только часть из них реализуется в современных приборах. Есть возможность очистить воду из-под крана и без фильтра. Этот метод – кипячение. Однако гораздо чаще воду чистят специализированными фильтрующими устройствами.

В фильтрах задействованы такие методы очистки питьевой воды как механическая фильтрация, ионный обмен, сорбция, обратный осмос. Иногда применяются и некоторые другие, но гораздо реже.

Все эти современные методы очистки воды реализуются в картриджных проточных фильтрах. В таких приборах очищают водопроводную воду в несколько этапов. На первом этапе осуществляется механическая фильтрация, затем устраняются растворенные вещества методами сорбции и ионного обмена, а в завершении вода может пропускаться через обратноосмотическую мембрану.

Вода – источник жизни на Земле. Она необходима для жизни всех без исключения живых существ на планете. Человек состоит из воды на 70-80%. В ней протекают все химические процессы в организме. Она принимает участие в усвоении клетками питательных веществ и в их транспортировке по всему организму, регулирует температуру тела, позволяет выводить из организма шлаки и другой «мусор». Утром, как только мы проснулись, мы должны «запустить» организм, выпить 2 стакана воды. Это помогает нам выглядеть более ухоженными, здоровыми и красивыми. Достаточное потребление воды - это профилактика многих болезней. Потеря организмом большого количества воды неизменно влечёт за собой гибель человека.

В день человеку нужно от 1,5 до 5 л воды. Без воды человек может прожить максимум 5 дней. В настоящее время вопросы качества питьевой воды не утратили своей актуальности.

Для нормального функционирования организма нужна вода, не содержащая вредных примесей и механических добавок, т.е. хорошего качества. Но как в домашних условиях определить качество воды? , и добиться хорошего качества об этом мы и поговорим в нашей работе.

Целью данной работы является исследование очистки воды в домашних условиях разными способами для достижения максимального результата.

В ходе выполнения данного исследование необходимо решить задачи:

Изучить литературу о значении питьевой воды для здоровья человека

Экспериментальным путем выявить наиболее результативный метод очистки воды в домашних условиях

Для эксперимента нами была взята вода из скважины с характерным цветом и осадком.

Объект исследования –вода взятая из скважины непригодная для питья.

Предмет исследования –определение наиболее эффективного метода очистки

При проведении исследовательской работы применялись такие методы, как изучение литературы по данной теме, эксперимент, анализ, систематизация, обобщение.

Теория по данной теме основывается на изучении материалов книг В.И. Арабаджи «Загадки простой воды», Горского В.В. «Вода – чудо природы», источников ИНТЕРНЕТ.

Получить знания о питьевой воде, её значении для здоровья человека и о способах очистки её помогло учебно-методическое пособие Ершова М.Е. «Самые распространенные способы очистки воды». Там представлена полная характеристика разных видов питьевой воды и факторов, влияющих на её качество. В книге Горского В.В. «Вода – чудо природы» приведены очень интересные результаты научных исследований по качеству питьевой воды.

Используемые источники помогли лучше изучить выбранную тему, понять от чего зависит качество воды, которую мы пьём, научиться определять его в домашних условиях.

Вода в быту используется постоянно, но не всегда безопасно то, что течет из-под крана, поэтому чтобы избавить воду от вредных примесей существуют определенные способы очистки воды в быту, например: кипячение, отстаивание, вымораживание и фильтрация с применением различных современных технологий.

КИПЯЧЕНИЕ Самый доступный и распространенный способ водоочистки в быту - это, конечно, кипячение. Ее необходимо кипятить не менее 15 минут, затем дать время отстоятся и остыть перед употреблением. Вследствие длительного кипячения в воде погибают многие бактерии и микроорганизмы, но все же существуют и такие, которые выдерживают и длительное кипячение. Такой способ очистки делает воду мягче, потому что соли жесткости переходят в нерастворимое состояние и оседают на стенках чайника, улетучивается хлор и другие растворенные газы, но долго хранить такую воду невозможно, потому что в ней быстро начинают размножаться бактерии.

ОТСТАИВАНИЕ Очистить воду в быту способом отстаивания тоже довольно проблематично, потому что отстаивать воду следует не меньше 7 часов, но если отстаивать больше, то в ней активно размножаются бактерии. Использовать можно только верхние слои отстоянной воды, а в оставшейся содержатся вредные вещества, хлор и другие примеси. Помимо всего такая вода обязательно нуждается в дополнительной обработке, например, кипячении или вымораживании.

ВЫМОРАЖИВАНИЕ Еще одним способом очистки воды в быту является вымораживание и считается, что чистая вода без примесей замерзает первой, именно ее и следует употреблять людям. Та жидкость, которая не замерзает, содержит примеси и ее необходимо выливать. Вымораживание неплохой способ очистки, смягчения, но достаточно трудоемкий и дорогостоящий процесс.

ФИЛЬТРОВАНИЕ Фильтрование считается самым эффективным и современным способом очистки воды. Опытные специалисты подбирают фильтры исходя из качества исходной воды для достижения необходимой степени очистки. Прогрессивные инновационные технологии позволяют снизить концентрацию загрязнений и вредных веществ, удалить полностью патогенные микроорганизмы, бактерии и вирусы. Очистить воду от механических примесей – песка, окалины и прочего механического мусора, позволяют механические фильтры. Смягчить и удалить все ненужные примеси позволяют фильтры с системой обратного осмоса.

КАКИЕ БЫВАЮТ ФИЛЬТРЫ: Сорбционные фильтры Безреагентные фильтры обезжелезивания воды Ионообменные Обратноосмотические фильтры Уф- и озоновые фильтры

ОБРАТНООСМОТИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ Самые современные фильтры для очистки воды. В них используются тонкопленочные мембраны с размером ячеек, сопоставимым с размером молекулы воды. Обратноосмотические фильтры бывают прямоточными и накопительными. Накопительные более экономны: вода из них сливается в специальный бак и используется по мере необходимости. Это позволяет снизить время использования мембраны и эффективнее расходовать очищенную воду. Такие фильтры удобно использовать в быту, когда потребление воды в течение суток неравномерно.

ИОНООБМЕННЫЕ ФИЛЬТРЫ Наиболее универсальный вид фильтров, в котором используются ионозамещающие смолы. При пропускании воды через такую смолу в последней ионы кальция и магния заменяются на ионы натрия и хлора. За счет этого происходит смягчение жесткой воды, которая создает массу проблем при использовании без очистки.

БЕЗРЕАГЕНТНЫЕ ФИЛЬТРЫ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ ВОДЫ Высокое содержание железа, марганца и сероводорода в воде придает ей неприятный привкус и запах, а также способствует коррозии труб и сантехники. Чтобы вывести эти вещества из воды в виде осадка, достаточно обеспечить избыточное содержание в ней кислорода, которое запустит окислительные реакции. С воздушной аэрацией Технология основана на обработке воды обычным атмосферным воздухом, в котором содержится достаточное количество кислорода для необходимых окислительных реакций. С электрохимической аэрацией Технология основана на превращениях химической и электрической энергии.

СОРБЦИОННЫЕ ФИЛЬТРЫ Используются как самостоятельно, так и в составе сложных систем очистки. Роль фильтрующей среды играет активированный уголь из кокосовой скорлупы, адсорбирующие свойства которого в 4 раза выше, чем обычного древесного угля. Угольные фильтры способны улучшить вкус, цвет, запах воды, удалить остаточный хлор, растворенные газы и органические соединения. При добавлении к углю ионообменных веществ возможна очистка воды от тяжелых металлов, бактерий, пестицидов, гербицидов, асбеста, нефтепродуктов. Угольные фильтры, адсорбируя органику, являются благоприятной средой для размножения микроорганизмов и бактерий, поэтому их можно использовать только совместно с системами обеззараживания воды.

У Ф- И ОЗОНОВЫЕ ФИЛЬТРЫ Это обеззараживающие фильтры, убивающие бактерии и некоторые вирусы. Озон имеет свойство разлагаться в воде с образованием кислорода, который разрушает ферментные системы микробных клеток. Озоновые фильтры отличаются высоким расходом электроэнергии, требуют использования сложной аппаратуры и квалифицированного технического обслуживания. Их чаще всего применяют для очистки воды в плавательных бассейнах и в медицинских учреждениях. Высокими технологическими и эксплуатационными характеристиками обладают УФ-фильтры, получившие более широкое распространение: их ставят в домах, коттеджах, лабораториях, ресторанах. В них не используются реагенты, что упрощает технологический процесс очистки. Ультрафиолет обладает обеззараживающими свойствами, уничтожает не только вегетативные, но и споровые формы бактерий и не изменяет свойства воды.

Вода – основа всей органической жизни, без которой невозможно ни существование человека, ни развития человечества в целом. Кроме непосредственной необходимости поддерживать жизнедеятельность организма, человек потребляет пресную воду в больших количествах для содержания сельского хозяйства и обеспечения различных бытовых нужд. Вода покрывает более 70% поверхности земли и составляет около 1/4400 от общей массы планеты, но при этом на долю пресной приходится менее 3% от общего ее количества. При этом около 70% всей пресной воды находится в форме ледников, что затрудняет ее использование.