Международный школьный научный вестник
Научный журнал для старшеклассников и учителей ISSN 2542-0372

О журнале Выпуски Правила Олимпиады Учительская Поиск Личный портфель

ВЫБОР КОАГУЛЯНТА И ЕГО РОЛЬ В ОСВЕТЛЕНИИ ВОДЫ

Душенко А.А. 1
1 г. Новочеркасск, МБОУ «СОШ № 1», 10 «Б» класс
Дубовская Л.Б. (Новочеркасск, МБОУ «СОШ № 1»)
1. Драгинский В.Л., Алексеева Л.П., Гетманцев С.В. Коагуляция в технологии очистки природных вод. – М., 2005. – С. 36–77.
2 Линевич С.Н., Фесенко Л.Н., Игнатенко С.И. Теоретические основы и лабораторный практикум по кондиционированию воды. – Новочеркасск, 2001. – С. 3–29.
3. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: nov-school1.ru.
4. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.sdcwmc.org.

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 г.? 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 т 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.

Цели и задачи

Цель работы была 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.

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.

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, 2015 г.

– этап IV – обсуждение результатов на научно-практической конференции и публикация тезисов – апрель–май, 2015 г.

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].

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].

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).

Когаулянт – вещество, способное вызывать образование хлопьевидныдных осадков в коллоидных растворах и суспензиях.

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).

Рис. 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 г. 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.м3; для очистки этого объема воды требуется 57 т аквааурата и 1550 т соли для производства гипохлорита натрия при их годовой стоимости соответственно 33500 руб. за тонну и 2954 руб. за тонну, то арифметика простая – 42, 943 млн руб. в год.

Выводы

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.

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.

mikrobka.tif

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 речки Тузов, 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 г. потратить около 43 млн руб.!

И решила Микробка беречь каждую капельку очищенной воды, а Вы, друзья, бережете воду? Кран дома закрывать не забываете?


Библиографическая ссылка

Душенко А.А. ВЫБОР КОАГУЛЯНТА И ЕГО РОЛЬ В ОСВЕТЛЕНИИ ВОДЫ // Международный школьный научный вестник. – 2017. – № 2. ;
URL: https://school-herald.ru/ru/article/view?id=193 (дата обращения: 16.08.2022).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074