Научно-исследовательская работа по химии "Живая вода"

ГАУ  КО «Колледж Предпринимательства»

Научно-исследовательская работа

«Живая вода»

Авторы работы:

Сидорова Оксана

Шараев Николай

Карташов Станислав

Руководитель работы:

Прокофьева Галина Алексеевна

г. Калининград
2018 г.

СОДЕРЖАНИЕ.

Введение................................................................................................................................3

ГЛАВА 1. Полезные свойства воды ...............................................................................4

ГЛАВА 2. Химический состав воды................................................................................5

2.1 Стабилизация pH природной воды................................................................................6

2.2 Органические вещества..................................................................................................6

2.3 Газы в природной воде...................................................................................................6

2.4 Кислород..........................................................................................................................6

2.5 Диоксид углерода ...........................................................................................................7

2.6 Азот (N₂) ..........................................................................................................................7

2.7 Метан (CH₄) .....................................................................................................................7

2.8 Сероводород (H₂S) ..........................................................................................................7

2.9 Мезоэлементы ..................................................................................................................7

2.10 Микроэлементы..............................................................................................................8

ГЛАВА 3. Водоподготовка..................................................................................................8

3.1. Исследование химических свойств питьевой воды г. Калининграда..........................................................................................................................9

ГЛАВА 4. Методики определения показателей качества воды.................................10

4.1. Химические показатели воды.......................................................................................10

4.2. Водородный показатель рН..........................................................................................10

4.3. Жесткость воды..............................................................................................................12

4.4.Определение окисляемости воды (качественное с приближенной   количественной оценкой) .................................................................................................................................................13

4.5. Определение ионов железа............................................................................................14

4.6. Определение хлорида натрия в воде (приближенная оценка) ..................................15

4.7. Результаты проведенных химических исследований.................................................15

ГЛАВА 5. Современные способы получения и очистки питьевой воды.................18

Схема очистки сточных вод..............................................................................................19

Заключение...........................................................................................................................21

Список использованной литературы..............................................................................22

ВВЕДЕНИЕ.

Причиной нашего выбора стала проблема чистой воды, она является одной из важнейших в наше время, и остаётся такой в XXI веке. По данным Всемирной Организации Здравоохранения, почти 80% всех заболеваний вызваны именно некачественной питьевой водой. Потребление воды, содержащей примеси тяжёлых металлов (свинец, кадмий, ртуть и многие другие), вызывает поражение сердечнососудистой системы, кожные и онкозаболевания, а также врождённые аномалии. Превышение предельно допустимых значений жесткости вызывают преждевременные заболевания почек и раннему обызвествлению костей. Холера, брюшной тиф, дизентерия и другие инфекционные болезни распространяются также с загрязнённой водой .

Цель работы:

1.      Установить, можно ли употреблять воду из под крана в пищу без вреда для здоровья.

2.      Разработать схему очистных сооружений г. Калининграда.

3.      Утилизировать осадки.

Задачи:

1. Выяснить, чем обусловлены её полезные свойства.

2. Выяснить, не содержит ли вода вредных и токсичных веществ.

3. Для избежания распространения загрязнённых хозяйственно-бытовых стоков, разработать схему биологической очистки.

4.Утилизировать тепло путем сжигания осадков

4. Подготовить беседу «Чистая вода – залог хорошего здоровья».

Этапы работы:

1. Найти теоретическое обоснование данной темы, используя сеть Интернет и учебную литературу.

2. Найти методики изучения воды, составить план исследования.

3. Определить pH  воды, окисляемость воды, карбонатную и общую жесткость воды.

4.. Проверить воду на содержание вредных и токсичных веществ: хлор, железо и сульфиды

5. Использовать учебную литературу, разработать схему оптимальной очистки сточных вод с глубокой доочисткой.

6. Разработать схему утилизации осадков, с утилизацией тепла.

Актуальность нашей работы заключается в неблагоприятной экологической обстановке нашего города, что является одной из самых важных проблем человечества. В нашей работе мы решили определить, не содержит ли вода, которая поступает к нам из рек и озер, чрезмерную концентрацию железа, сульфидов и хлора. Не превышает ли pH, окисляемость, жесткость воды предельно допустимых значений. В достаточной ли мере проводится водоподготовка воды, поступающей на употребление в нашей области.

            Город Калининград имеет недостаточные очистные сооружения. ПДК, БПК, ХПК, по многим показателям превышают предельно допустимые значения. Поэтому в своей научно-исследовательской работе мы разработали схему биологической очистки с глубокой доочисткой.

            Недостаток энергоресурсов делает актуальной разработку схемы использования осадков как энергоресурсов.

Результаты: В ходе нашего исследовательского проекта, был проведен ряд опытов, которые показали, что карбонатная жесткость составляет 2-3 мг-экв/л., общая жесткость составляет 4-7,1  мг-экв/л, что незначительно превышает предельно допустимые концентрации. Наличие вредных веществ: хлоридов сульфидов, железа превышает норму предельно допустимых концентраций.

            В своей работе мы предлагаем схему двухступенчатой биологической очистки, для очистки от органики, а так же снижение концентрации азота и фосфора, с глубокой доочисткой используя 2 ступени физико-химических методов очистки: 1. Флотация на флотоустановках. 2.Адсорбция в адсорберах с кипящим слоем непрерывного действия. Предложенная нами схема позволяет достигнуть 99,9% эффективности очистки сточной воды, что позволяет использовать осветленную воду во вторичном использовании, создать схему замкнутого водоснабжения, тем самым осуществить принцип ресурса сберегающего природопользования воды.

            В связи с недостатком энергоресурсов схема предусматривает использовать осадки вторичных отстойников в виде топлива , с утилизацией тепла, которая составляет 1900кДж/кг. Таким образом подтверждается принцип ресурсосберегающих технологий.

Устойчивость результатов: В ходе опытов за 4 месяца (январь, февраль, март, апрель), каждый месяц отбиралось по 10 проб в разных районах Калининграда, карбонатная и общая жесткость не значительно превышает предельно допустимые концентрации. Значение pH, окисляемости, содержание сульфатов, железа и хлора в воде не превышает предельно допустимых значений. Вредных и токсичных веществ не было обнаружено.

ГЛАВА 1. Полезные свойства воды

Вода - источник жизни, энергии и здоровья. Вода не уступает ни одной другой жидкости по своим полезным свойствам. Частое употребление воды принесет больше пользы.

Вода - способ утоления жажды, прекрасное средство для омоложения и улучшения состояния кожи. При ежедневном употреблении воды вы улучшается жизнедеятельность клеток, кожа становится более эластичной и увлажненной.

Вода - отличный борец с токсинами, и чем больше вы употребляете воды, тем лучше работаю ваши почки, которые напрямую связаны с очищением организма от токсинов. Большое количество выпиваемой в день воды приносит огромную пользу вашему сердцу, предотвращая сердечные приступы. Вода является лучшим другом пищеварительного тракта. Она участвует в процессе пищеварения, улучшает обмен веществ и способствую лучшему перевариванию пищи.

Вода - источник силы и здоровья. Необходимо так же частое употребление воды при занятиях спортом, во избежание мышечных спазмов и выделении специальной жидкости, которая является некой смазкой для суставов и мышц. Вода является участником терморегуляции человеческого организма, помогает нормализировать температуру тела. Естественно всё это влияет на внешность, с этим точно соглашаться красивые женщины.

Чем меньше мы пьем воду, тем больше мы подвержены заболеваниям разного типа. Недостаток воды в организме приводит к частому обезвоживанию клеток, это снижает наш иммунитет и делает наш организм менее устойчивым к болезням и инфекциям.

Самое главное, вода является источником хорошего самочувствия и прекрасного настроения и увеличивает работоспособность.

Пейте каждый час один стакан воды, и результаты не заставят себя долго ждать!

ГЛАВА     2.  Химический состав воды

Вода - простая, но с другой стороны, очень сложная и таинственная субстанция на Земле. Не смотря на то, что воде посвящено большое количество научных трудов, до сих пор она остается неизученной до конца. Вода считается священной основой жизни.

Вода – по значимости второе вещество после кислорода для организма человека.  Как известно, наши тела состоят почти на две трети из воды. Неслучайно человек может жить без пищи более 4 недель, а без воды — не более 7 дней.

В водных растворах большое количество солей существует в виде ионов. В воде преобладают три аниона и четыре катиона- они являются главными ионами. Хлорид-ионы придают воде солёный вкус, сульфат-ионы, ионы магния и кальция - горький, гидрокарбонат-ионы безвкусны. Обычно нижним пределом концентрации для главных ионов считают 1 мг/л.

В зависимости от климата и других условий химический состав воды может изменяться и приобретать характерные черты, иногда специфические для различных видов природных вод.

2.1   . Стабилизация pH природной воды

Вода имеет свойство сохранять значение рН более-менее постоянным, даже если в воду попадает некоторое количество кислоты (или основания). Если в литр дистиллированной воды внести каплю концентрированной соляной кислоты, то рН понизится с 7 до 4. А если каплю соляной кислоты добавить в литр речной воды с рН = 7, показатель почти не изменится. Кислоты и основания, попадающие в воду, нейтрализуются углекислым газом и гидрокарбонат-ионами, которые растворены в ней.

2.2 Органические вещества

Органическое вещество природных вод – это комплекс истинно растворенных и коллоидных веществ органических соединений. По происхождению они могут быть разделены на поступающие извне и образующиеся в самом водном объекте. К первой группе относятся главным образом гумусовые вещества, вымываемые водой из почв, торфяников, лесного перегноя.
После поступления в реки, озера и моря органические вещества воды изменяются, и процесс окисления завершается переходом в простые минеральные соединения. Другая часть остается и накапливается в водных объектах.

2.3. Газы в природной воде

Если налить в стакан холодную воду из-под крана и поставить в тёплое место, на стенках стакана появятся пузырьки газа. Газы, которые были растворены в воде, выделились при нагревании. С повышением температуры подает растворимость газов, это связано с увеличением кинетической энергии молекул газа.

Все природные воды являются газовыми растворами. В поверхностных водах распространены кислород (O₂) и двуокись углерода (CO₂), в подземных - сероводород (H₂S) и метан (CH₄). Помимо этого, во всех природных водах постоянно присутствует азот (N₂).

2.4.  Кислород.

В природной воде кислород находится в виде растворенных молекул. Кислород является мощным окислителем и играет важную роль в формировании химического состава природных вод. Кислород поступает в воду благодаря процессу фотосинтеза и из атмосферы. Кислород расходуется на окисление органических веществ и на процесс дыхания организмов. Концентрация растворенного кислорода колеблется в от 0 до 14 мг/л, при интенсивном фотосинтезе возможна и более высокая концентрация. В течении всего дня кислород накапливается, а в темное время суток расходуется. Кислород является сильным окислителем.

Окисляемостью воды называют санитарный показатель качества воды отражающий содержание в ней органических веществ и выражаемый количеством кислорода в миллиграммах, необходимым для их окисления в 1 л воды

ПДК питьевой воды по перманганатной окисляемости согласно СанПиН 2.1.4.1175-02 «Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников» составляет 5,0-7,0 мг/дм3.

2.5.  Диоксид углерода

Диоксид углерода (CO₂) находится в воде в виде растворенных молекул газа. Однако около 1 % их вступает во взаимодействие с водой, тем самым образуя угольную кислоту

2.6.  Азот (N₂)

Растворенный молекулярный азот (N₂) является одним из самых постоянных газов в воде. Азот меняется под влиянием физических условий, таких как: температура и давление. Вместе с этим в природе очень распространен азот биогенного происхождения, который возникает в результате денитрификации.

2.7.  Метан (CH₄)

Метан (CH₄), как и азот, является одним из самых наиболее распространенных газов в воде. Основным источником для образования метана являются дисперсные органические вещества в породах.

2.8.  Сероводород (H₂S)

Газ сероводород (H₂S) является продуктом распада белкового вещества и содержит в себе серу. Скопление его часто наблюдается в придонных слоях водоемов вследствие гниения различных органических остатков.

2.9.  Мезоэлементы

Азот, фосфор, кремний, алюминий, железо, фтор - присутствуют в воде в концентрациях от 0,1 до 10 мг/л. и являются Мезоэлементами (от греч. "мезос" - "средний", "промежуточный").

Азот в форме нитратов NO₃^- попадает в водоёмы в форме аминокислот, мочевины (NH₂)₂CO и солей аммония NH₄⁺ - при разложении органических остатков.

Фосфор существует в воде в форме гидрофосфатов HPO₃^2- и дигидрофосфатов H₂PO₃^-, которые образуются в результате разложения органических остатков.

Алюминий поступает в водоёмы в результате действия кислот на глины (каолин):

Al₂[Si₂O₅](OH)₄ + 6H⁺ = 2SiO₂ + 5H₂O + 2Al³⁺

Основным источником железа является - железосодержащие глины. Органические остатки (ниже обозначаются как "С"), восстанавливают железо до двухвалентного в форме гидрокарбоната или солей гуминовых кислот:

2Fe₂O₃ + "C" + 4H₂O + 7CO₂ = 4Fe(HCO₃)₂

Железо двухвалентное вступая в взаимодействие с воздухом образует коричневый осадок гидроксида Fe(OH)3. Со временем он превращается в болотную руду  FeO(OH).

Синеватая плёнка на поверхности воды - это Fe(OH)₃,которая образуется, когда подземные воды вступают в контакт с воздухом. Ее можно перепутать с масляной пленкой, однако: у пленки гидроксида железа неровные края. Если поверхность воды слегка взволновать, гидроксидная пленка, в отличие от масляной, не будет переливаться.

2.10.        Микроэлементы

Элементы, которые в очень малом количестве содержатся в воде, называются микроэлементами, концентрация их незначительная. Это самую большая группа элементов природных вод, в нее входят все элементы периодической системы.Они делятся на пять подгрупп: 1) типичные катионы (Li⁺, Rb⁺, Cs⁺, Be²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺ и др.); 2) ионы тяжелых металлов (Cu²⁺, Ag⁺, Au⁺, Pb²⁺, Fe²⁺, Ni²⁺, Co²⁺ и др); 3) амфотерные комплексообразователи (Cr, Mo, V, Mn); 4) типичные анионы (Br^-, I^-, F^-); 5) радиоактивные элементы. Микроэлементы необходимы для нормальной жизнедеятельности растений, животных и человека. Однако, если их концентрация превышает ПДК, они становятся вредными и даже ядовитыми для живых организмов. Поэтому  концентрация их контролируется.

ГЛАВА 3. ВОДОПОДГОТОВКА.

Исходя фактов, приведенных выше, можно сделать вывод о том, что обеспечение населения водой хорошего качества является одной из важнейших проблем.

В большинстве городов России для обеззараживания питьевой воды применяют хлорирование. Но у этого метода есть серьезные недостатки. При взаимодействии хлора с содержащимися в обрабатываемой органическими веществами, присутствующими в воде, есть риск образования канцерогенных и токсических соединений, например четыреххлористого углерода, хлороформа, и даже опаснейших ядов , например диоксинов. Из-за диоксинового загрязнения воды в России ежегодно погибают 20 тысяч человек.

Так же в питьевой воде могут присутствовать и другие вредные для здоровья вещества, например ионы неорганического железа. Одной из главных причин повышения предельно допустимых концентраций в воде являются устаревшие системы водоснабжения. Как правило, в этой воде превышена предельно допустимая концентрация железа, оно присутствует в степени окисления +3, из-за чего вода приобретает бурый оттенок. Но, даже если вода абсолютно прозрачная на вид, она может содержать в себе ионы. Наличие ионов в воде можно определить только после отстаивания, когда ионы окисляются до Fe³⁺ и на дне образуется красно-бурный осадок  гидрооксида  железа. Соединения трехвалентного железа, которое содержится в воде в виде нерастворимых частиц  FeO(OH), образуют коллоидное железо. Нерастворимые частицы FeO(OH) образуют суспензии и не осаждаются. Вода с коллоидным железом приобретает желто-бурый цвет. Так же, вода богат ионами Fe³⁺ является средой обитания ферробактерий.  Ферробактерии являются микроорганизми и «питаются» двухвалентным железом,а затем преобразуют его в трехвалентное, это соединение образует вокруг бактерий желеобразную оболочку.

Растворенное неорганическое железо может привести к нарушению функции печени.
            Также проблема жесткости воды очень важна. Соли кальция и магния, в определенном количестве присутствуют в воде всегда. Повышенная жесткость приводи к развитию мочекаменной болезни, к нарушению состояния водно-солевого обмена, раннему обызвествлению костей.

Многие думают, что достаточно прокипятить воду, чтобы сделать ее безопасной для организма, это не так. Кипячение воды лишь убивает микробы, но не очищает воду.

Для улучшения водоподготовки мы предлагаем мембранные методы очистки воды (электродиализ, ультрафильтрация, обратный осмос).

Способ не требует химических реагентов, небольшие энергозатраты, простые технологии. Обеззараживание воды мы предлагаем проводить ультрафиолетовым излучением.

3.1.  Исследование химических свойств питьевой воды г. Калининграда

Калининградская область расположена на северо-западе России. Сегодня это крупный административный, промышленный, научный, культурный, деловой и туристический город.

Около 95% населения пользуются централизованным водоснабжением, 5% населения – водой из колодцев и родников. Качество питьевой воды в нашей области в основном отвечает требованиям санитарно-гигиенических норм.

 Для исследовательской работы были взяты образцы водопроводной воды в Центральном, Ленинградском, Московском и Октябрьском районах города Калининграда.

Номер образца	Наименование населенного пункта
Образец 1	Центральный район г. Калининграда
Образец 2	Ленинградский район г. Калининграда
Образец 3	Московский район г. Калининграда
Образец 4	Октябрьский район г. Калининграда

Глава 4. Методики определения показателей качества воды.

4.1. Химические показатели воды:

1.Определение pH универсальным индикатором

2.Определение общей жесткости воды

3.Определение окисляемости воды

4.Определение концентрации катионов железа

5.Определение концентрации хлоридов.

           4.2. Водородный показатель рН

В пробирку нальем 5 мл исследуемой воды и 0.1 мл универсального индикатора, перемешаем и по окраске раствора будем оценивать величину рН.

Розово - оранжевая

рН около 5

Светло-желтая

pH - 6

Светло - зелёная

рН - 7

Зеленовато-голубая

рН – 8

рН можно определить с помощью индикаторной бумаги, чтобы получить более точное определение, чем визуально.

4.3. Жесткость воды

Жесткость воды определятся присутствием в ней ионов кальция, магния, железа, анионов (гидрокарбонат, хлорид, сульфат и нитрат). Общая жесткость может быть карбонатной и некарбонатной. Временная (карбонатная) жесткость содержит гидрокарбонат кальция, магния и железа. Её можно устранить прокипятив воду. Постоянная (некарбонатная) жесткость обуславливается содержанием сульфатов, хлоридов, нитратов кальция, магния, железа, но её нельзя устранить кипячением, а только химическим. Общую и временную жесткость воды можно определить с помощью титрования воды растворами известной концентрации, а постоянная рассчитывается по разнице между общей и временной жесткостью.

Оборудование и реактивы.

- Колбы конические вместимостью 250см3-3шт
- Капельница
- Трилон Б (комплексон III вунатриевая соль этилендиамин­тетрауксусной кислоты)
- Аммоний хлористый
- Аммиак водный 25 %-ный раствор
- Натрий хлористый
- Спирт этиловый
- Хромоген черный, специальный ЕТ-00 (индикатор)

Приготовление 0, 05 н. раствора трилона Б.

1,862 г трилона Б растворяем в дистиллированной воде и доводим до 1 литра.

Приготовление буферного раствора.

10 г хлористого аммония (NH₄Cl) растворяем в дистиллированной воде, и добавляем 50 см 3,25 %-ного раствора аммиака и разбавляем 500 см3 дистиллированной водой.

Приготовление индикатора хромогена черного

0, 25 г индикатора хромогена черного смешиваем с 50 г сухого хлористого натрия, предварительно тщательно растертого в ступке.

Выполнение анализа:

В коническую колбу вносим 10 мл воды, прибавляем 0,5 мл буферного раствора на кончике шпателя индикатора (хромогена черного). Раствор перемешаем и медленно титруем 0, 01 н раствором трилона Б до того момента, пока не изменится окраска индикатора от вишневой до синей.

Уравнение взаимодействия трилона Б (комплексона III) с ионами Ca²⁺ , Mg²⁺ , Fe³⁺, содержащимися в воде:

Расчет общей жесткость вычисляем по формуле:

Xмг. экв/л = (Vмл*Nг. экв/л*1000мг. экв/г. экв) / V1мл. ,

где: N - нормальность раствора трилона "Б" г. экв\л.
V - объем раствора трилона "Б", пошедшего на титрование, мл.

V1 объем исследуемого раствора, взятого для титрования, мл.

4.4.  Определение окисляемости воды (качественное с приближенной количественной оценкой)

Оборудование и реактивы: пробирки, H₂SO₄(1:3), 0, 01н КМпО₄.

Определение.

5мл исследуемой воды нальём в пробирку, добавим 0, 3мл раствора H₂SO₄(1:3) и 0, 5мл 0, 01н раствора перманганата калия. Смесь перемешаем, оставим на 20 минут. По цвету раствора оценим величину окисляемости по таблице.

Таблица

Окраска пробы воды

Окисляемость, мг/л

1. Ярко-лиловорозовая

2. лиловорозовая

3. слаболиловорозовая

4. бледнолиловорозовая

5. бледнорозовая

6. розовожелтая

7. слабо розовая желтая

4.5. Определение ионов железа

Оборудование и реактивы:

50% раствор KNCS, 24% раствор HCl

Приближенное определение ионов Fe³⁺

Определяем концентрацию ионов Fe⁺³ по интенсивности окрашивания раствора, видимое при рассмотрении пробирки сверху вниз на белом фоне.

Примерное содержание ионов железа Fe³⁺

Отсутствует - менее 0, 05

Едва заметное желтовато-розовое - от 0, 05до 0, 1

Слабое желтовато-розовое - от 0, 1 до 0, 5

Желтовато-розовое - от 0, 5 до 1, 0

Желтовато-красное - от 1, 0 до 2, 5

Ярко-красное - более 2, 5

Определение.

К 10мл исследуемой воды прибавим 1-2 капли HCl и 4 капли 50% процентного раствора KNCS. Перемешиваем и понаблюдаем за изменением окраски. Примерное содержание железа определим по таблице

Fe³⁺ + 3NCS= Fe(NCS)₃

4.6. Определение хлорида натрия в воде (приближенная оценка)

Оборудование и реактивы:
- Дистиллированная вода
- Калий хроматный индикатор
- Бюретка
- Пипетка объемом 10мл
- Проба воды
- Три конические колбы
- Белая кафельная плитка
- 50мл раствора AgNO₃ (2, 73г на 10мл)

Определение. Наливаем 10мл исследуемой воды в коническую колбу и добавляем 2 капли калий-хроматного индикатора. Из бюретки оттитровываем хлорид-ион раствором AgNO₃, постоянно встряхивая коническую колбу.

В конечной точке титрования осадок AgCl окрашивается в красный цвет. Трижды повторить титрование с 10мл исследуемой воды.

Подсчитать среднее количество израсходованного AgNO₃. Объем израсходованного AgNO₃ приблизительно равен содержанию хлоридов в пробе воды (в г/л).

4.7. Результаты проведенных химических исследований.

Результаты представлены в виде сравнительных диаграмм и таблиц.

Проверка содержания кислорода в воде проводилась в соответствии с методикой    ГОСТ 24902 «Вода хозяйственная питьевого назначения. Общие требования».

Проверка жесткости воды проводилась в соответствии с методикой ГОСТ 4151 «Титриметрический метод определения жесткости».


Проверка содержания хлоридов в воде  проводилась  в соответствии  с методикой  ГОСТ 4245 «Титриметрический метод определения хлоридов».

Проверка содержания железа  в воде  проводилась  в соответствии  с методикой ГОСТ  4011  «Вода питьевая. Методы измерения массовой концентрации общего железа».

Также использовалась методика ГОСТ 3351 «Вода питьевая. Методы определения вкуса, запаха, цветности и мутности»,  ГОСТ 1030 «Вода хозяйственная питьевого назначения. Полевые методы анализа».  Для проведения расчетов применялась методика ГОСТ 5725 «Точность (правильность и прецизиозность) методов и результатов измерений».

Таблица результатов химического анализа образцов воды.

Номер	Образец	Содержание кислорода (мг/дм3)	Жесткость (мгэкв/л)	Содержание хлоридов (мг/дм3)	Содержание общего железа (мг/дм3)	pH раствора
1	Центральный р-он	2,5	4	50	0,1	7
2	Ленинградский р-он	1,5	6	70	0,1	6,8
3	Московский р-он	4	7,1	60	0,12	7,1
4	Октябрьский р-он	3,5	6,5	40	0,1	8,2
ПДК		4	Не более 7	300	0,1	6,5-8,5
Заключение		Удовлетворяет требованиям	Частично удовлетворяет требованиям	Удовлетворяет требованиям	Частично удовлетворяет требованиям	Удовлетворяет требованиям

Глава 5. Современные способы очистки воды.

Проблема чистой воды является глобальной проблемой, которая занимает 6-ое место, среди серьезных проблем мира и остается, и остаётся такой. Всемирная Организация Здравоохранения обращает наше внимание на то, что почти 80% всех заболеваний вызваны вследствие употребления некачественной питьевой водой. Превышение в воде предельно допустимых концентраций жёсткости, железа, хлора, сульфатов, потребление кислорода, а также pH, вызывает поражение сердечнососудистой системы, кожные, онкозаболевания, мочекаменные болезни а также врождённые аномалии.

Как правило, получившаяся в результате очистки вода соответствует требованиям СанПиНа. Большое значение имеет качество сточных вод которые сбрасываться в водоёмы и из которых, в свою очередь, производятся “забор” воды на водоподготовку Поэтому сбрасываемые сточные воды должны проходить существенную очистку на современных очистных сооружениях, чтобы предельно-допустимые концентрации примесей соответствовали допустимым нормам. Мы в своём проекте предлагаем схему современных очистных сооружениях, используемых в ресурсо-сберегающих технологиях.

Схема очистки сточных вод.

1. Решётки-дробилки

2. Песколовки

3. Первичные отстойники

4. Комплекс биологической отчистки

5. Аэротенки первой ступени.

6. Вторичые отстойники.

7. Аэротенки второй ступени.

8. Вторичные отстойники

9. Флотоустановка

10. Адсорберы непрерывного действия с кипящим слоем активного угля.

11. Контактные резервуары.

Схема очистки сточных вод г. Калининграда.

1. Решётки-дробилки предназначены для удаления-дробления крупных примесей.

2. Песколовки служат для удаления тяжелых минеральных примесей. Если их не удалить, то они ломают очистные механизмы, и мешают выполнять обработку осадков.

3. Первичные отстойники применяют для удаления взвешенных веществ, где отстаивание происходит за счёт гравитационных сил. На первой ступени мы поставили вертикальные отстойники. Осадок с первичных отстойников направляют, после обезвреживания на уплотнение, затем на выравнивание почв, повреждённой эрозии.

4. Комплекс биологической очистки состоит:

5. Аэротенк 1-ой ступени служит для удаления растворённых органический веществ, снижения концентрации азота и фосфора. Очистка воды за счёт микроорганизмов, которые находиться в виде хлопьев активного ила. Для поддержания жизнедеятельности в аэротенк подаётся воздух.

6. Вторичные отстойники служат для отделения сточной воды, от активного ила за счёт гравитационных сил.

7. В аэротенках 2-ой ступени формируются специфический биоценоз, благодаря которому на активном иле происходит адсорбция и биоокисление.

8. Вторичный отстойник служит для отделения сточной воды от активного ила второй ступени аэротенков.

 Осадок вторичных отстойников первой ступени аэротенков смешивается с осадком вторичных отстойников второй ступени аэротенков. Часть активного ила направляется в регенератор на регенерацию. Откуда распределяется в аэротенки 1-ой и 2-ой ступени. Избыточный активный ил направляется на механическое обезвоживание, затем часть активного ила направляется в сельское хозяйство, где используется как кормовая добавка животным и рыбам. Другая часть осадка направляется на сушку, где подсушивается до 60-ти % и сжигается с утилизацией тепла, выделяемая теплота составляет 1900 кДж/1 кг.

9. Флотоустановка служит для удаления мелких, лёгких примесей. Снизу во флотатор подается воздух. Воздух и примесей образуют комплекс, примеси и воздух легко всплывают и удаляются с поверхности.

10. Адсорберы непрерывного действия с кипящим слоем активного угля. Процесс основан на поглощении активным углём примесей на уровне ионов. Степень очистки составляет 99,9 %. Регенерация активного угля происходит водяным паром.

Заключение.

Наша научно-исследовательская работа состоит из 2х неразрывно связанных частей.:

1.      Лабораторно-исследовательская работа заключается в проверке качества питьевой воды путем проведения лабораторных опытов.

2.      Разработки современной схемы биологической очистки сточной воды с глубокой физико-химической доочисткой для использования замкнутого цикла водопользования для промышленных предприятий, позволяющего осуществить принцип ресурсосберегающих технологий. Схема предусматривает утилизацию осадков с утилизацией тепла.

    В ходе лабораторных исследований качества питьевой воды выявлено, что в Центральном, Ленинградском и Октябрьском районах качество воды по показателям: содержание кислорода, общая жесткость, содержание хлоридов,  

содержание общего железа, pH растворов не превышает предельно допустимых значений. Однако, в Московском районе показатель общей жесткости и железа незначительно превышает допустимые значения, это делает нежелательным употребление данной воды в пищу.

    Вторым этапом нашей научной работы мы выбрали разработку схемы очистки сточных вод с максимально возможной степенью очистки для того, чтобы повторно использовать осветленную воду. Поскольку в состав сточных вод входят хозяйственно-бытовые стоки и стоки промышленных предприятий, следовательно в сточных водах содержатся достаточно большое количество органических веществ. Для удаления такого рода загрязнений эффективен способ биологической очистки,  для увеличения степени очистки мы выбрали двухступенчатую очистку в аэрируемых аэротенках, где снижается био-химический потребление кислорода, химическое потребление кислорода, концентрация азота и фосфора до допустимых значений. В схеме разработана эффективная доочистка воды, которая состоит из 2х ступеней   1. Флотация на флотоустановках, очищающая воду от мелких примесей. 2.Адсорбционная очистка в адсорберах, которая осветляет воду на физико-химическом уровне от вредных ионов. Эффективность очистки составляет 99.9%. Большое значение в схеме уделяется утилизации осадков. Разработан наиболее эффективный способ по утилизации осадков. Осадки вторичных отстойников разделяются, часть активного ила регенерируется и в качестве возвратного ила возвращается в аэротенки первой и второй ступени. Избыточный активный ил направляется на уплотнение для использования в сельском хозяйстве (кормление рыб и животных) затем уплотненный избыточный ил поступает на сушку и сжигание с утилизацией тепла, выделяемая теплота составляет 1900кДж/кг. Таким образом решается проблема дефицита энергоносителей и создание ресурсосберегающих технологий.

Список использованной литературы:

- Очистка и рекуперация промышленных выбросов. Учебник для вузов. В. Ф. Максимова и И. В. Вольфа. 2014 г.
- Биологическая очистка производственных сточных вод: Процессы, аппараты и сооружения/С. В. Яковлев, И. В. Скирдов, В. Н. Швецов и др. – М., 2012
- ВСН-13-84. Инструкция по проектированию очистных сооружений сточных вод предприятий -М., 2016.

- Кульский Л. А. Теоритические основы и технологии кондиционирования воды. – Москва, 2015.-

- Наумов А. В., Николаев А. Н. Основы биологической очистки промстоков ЦБП. – Л., 2014.

- Очистка производственных сточных вод/С. В. Яковлев, Я. А. Карелин, Ю. М. Ласков и др. – М., 2015