Проектная работа по теме "Применение нанотехнологий для очистки воды"

Филиал Муниципального Образовательного Учреждения Средняя Общеобразовательная Школа №1 имени С.И. Гусева  «Средняя Общеобразовательная школа в п. Маяковское»,

10 класс

Кудренко Мария Александровна, 16 лет

 Учитель: Стрельникова Наталья Николаевна, телефон: [phone]

« Необходимость применения нанотехнологий для очистки  водопроводной  воды от металлов и соединений металлов»

Оглавление

Вода и здоровье____________________________________1-2

Нанотехнологии для очистки питьевой воды____________3 - 4

Меры по очистке воды в п. Красноярское_______________5

Заключение_________________________________________6

Список литературы___________________________________7

        Вода-жизнь . Отсутствие воды-отсутствие жизни. Плохая вода-плохая жизнь. Человек,  как и всё живое, без воды существовать не может. И качество жизни и здоровья человека напрямую зависит от качества воды. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), от использования недоброкачественной питьевой воды ежегодно в мире страдает каждый десятый житель планеты. До 50% речного стока мира ежегодно подвергается антропогенному воздействию, в том числе и в результате сброса 420 миллиардов тонн сточных вод. Высокая загрязненность водоисточников и неэффективные технологии водоподготовки - основные причины неудовлетворительного качества питьевой воды. По ее физико-химическим (каждая 5-я проба) и микробиологическим (каждая 9-я проба) показателям отмечены случаи нарушения требований ГОСТ во всех субъектах Российской Федерации. Из всего объема сточных вод, поступающих через коммунальные сети в поверхностные водные объекты, более 90% сбрасываются загрязненными.

Для примера  возьмём посёлок Красноярское: централизованная канализация полностью отсутствует. Канализационные стоки сбрасываются непосредственно на прилегающие территории (кюветы,каналы,выгребные ямы.)

Водопровод в посёлке имеется, но в крайне изношенном состоянии: имеется много прорывов, через которые происходит загрязнение воды, в том числе канализационными стоками. Вода поступает в водопровод через водонапорные скважины , обеззараживания и обезжелезнения воды не производится. Постоянный контроль за состоянием воды отсутствует.  Слишком высокие концентрации железа в воде наносят вред здоровью человека. Высокое содержание  железа в воде приводит к неблагоприятному воздействию на кожу, иногда даже окрашиваются ногти и кожа рук  в коричневый цвет, что  может сказаться на морфологическом составе крови, способствует возникновению аллергических реакций. Железо может накапливаться в печени в виде коллоидных оксидов железа,  вызывая  разрушение клеток печени.

      О вреде сточных вод можно говорить бесконечно, это и вред рыбам, животным , растениям отдельного водоёма , вред  людям, купающимся в этом водоёме и берущим из него воду для хозяйственных нужд .Загрязнённая вода является источником различных аллергических реакций, заболеваний (жители посёлка нередко попадают в больницы в связи с заболеванием дизентерией, не так давно произошла вспышка гепатита  А, возможно, ранее или позднее произошли вспышки и других заболеваний, непосредственно связанных с плохим качеством водопроводной воды) и может даже стать причиной мутации организма человека (реакция Фентона). Эта реакция приводит к печальным последствиям для окружающих клеток. Радикал гидроксила чрезвычайно активен химически и разрушат почти любую встретившуюся ему молекулу. Действия на SH-группы, гистидиновые и другие аминокислотные остатки белков, HO(-ион) вызывает денатурацию последних и инактивирует ферменты. В нуклеиновых кислотах HO(ион) разрушает углеводные мостики между нуклеотидами и, таким образом, разрывает цепи ДНК и РНК, в результате чего происходят мутации и гибель клеток . Внедряясь в липидный слой клеточных мембран , радикал гидроксила запускает (инициирует) реакции цепного окисления липидов , что  приводит к повреждению мембран, нарушению их функций и гибели клеток. Таким образом, радикал НО-(ион)- это радикал –разрушитель, радикал-убийца (1).

Проблема воды во всём мире существует с момента появления человека в природе. Появление заводов, фабрик ,различных предприятий, повышение уровня жизни людей - всё это способствовало перерастанию этой проблемы в глобальную. Данная проблема ,а именно: сильное  ожелезнение воды  и загрязнение воды канализационными стоками, существовала ещё тогда, когда вся Калининградская область входила в состав Германии.  В то время,   не было необходимого оборудования для проведения обезжелезнения воды, а также  очистных сооружений. В советское время проблема может и не решалась должным образом, но контроль за ней осуществлялся и вреда, как такового она почти не приносила. С распадом Советского союза ситуация начала обостряться. Сейчас проблема почти достигла крайней точки.

13.02.2012 в посёлке Садовое был проведён сход граждан МО «Красноярское сельское поселение». Поднимался вопрос о ремонте артезианских скважин в Шишково, Чистополье, Ново-Гурьевском, Константновке, Львовском и Красноярском. Но во внимание это заявление не приняли, так как ремонта, во всяком случае, в посёлке Красноярское не последовало…

Если подойти к решению проблемы очень серьёзно и провести все работы, что следовало бы провести (ремонт водонапорной башни, замена трубопровода, постройка централизованной канализации и очистных сооружений, установка станции по обеззараживанию воды), то результат будет налицо –водопроводная вода не имеет характерного цвета, запаха и вкуса, необязательна покупка фильтров, отсутствие  ржавчины на сантехнике, обеззараживание предотвратит заболевания вызываемые бактериями, находящимися в воде.

Фотография фильтра из системы очистки воды для индивидуального строения.

          Для этого можно применить следующие нанотехнологии: гидрофобный графит, который при 300 градусах распыляется, необходимо сделать гидрофильным.  В результате кусок графита увеличивается в объёме в - 1000 раз и превращается в легчайший черный пух, содержащий до 20% наноструктур.
          Ниже представлен пример электронной фотографии, полученный при увеличении 25000 раз.    

 Из фотографии видно, что изучаемый углеродный наносорбент представляет собой так называемую «нанопланарную структуру» из псевдоплоских образований, имеющих 2 линейных макроразмера в единицы-десятки микрометров и один линейный наноразмер в десятки-сотни нанометров. Указанные псевдоплоские образования спаяны друг с другом по периферии, образуя наноструктуру по типу мятых листов бумаги.

     Сорбционные свойства графенового сорбента.   Для того что бы очищать воду от примесей, графеновый сорбент в фильтрующих устройствах должен быть уплотнен. В результате получается как-бы объемная мембрана, ячейки которой имеют наноразмеры. Эти ячейки пропускают молекулы воды, все натуральные соли и микроэлементы и большинство истинных растворов.

Графеновые фильтры также  позволяют очищать воду от микроорганизмов — бактерий и вирусов.  Поскольку графеновый сорбент удерживает любые, даже самые мелкие взвеси, то вместе с ними удерживаются и любые микроорганизмы: они остаются в толще графенового сорбента, а вода очищается от любых бактерий и вирусов. Однако, микроорганизмы, находящиеся в разветвленной структуре графенового сорбента, могут продолжать размножаться. Поэтому для того, чтобы микроорганизмы не размножались, следует  посеребрить сорбент.

      Централизованная канализация позволит установить очистные сооружения и проблемой выброса стоков будут заниматься местные органы власти, а не жители, а также предотвратит выход этих стоков в большинство водоёмов, на проезжую и пешеходную части. Очистные сооружения в свою очередь необходимы для очистки сочных вод, так как с централизованной канализацией концентрация выброса канализационных стоков будет усилена, вследствие того,  что выброс будет производиться скорее всего в один водоём (вероятно реку) и, чтобы избежать сильного загрязнения и последующих неприятностей, нужны очистные сооружения.

     Мы не смогли исследовать всю воду полностью, так как наличие бактерий можно определить лишь летом, когда они размножаются, сейчас же температура воды низкая и вероятность обнаружить в воде палочки и инфекции очень мала (это касается и водопроводных. и сточных вод),но мы провели опыты на наличие железа в водопроводной воде. Результат положительный. Вода, отстоянная в течение двух дней  приобрела жёлто-бурый оттенок, а так же появился осадок такого же цвета, что свидетельствует на наличие в воде оксида  железа трёхвалентного.

Водопроводная вода до  и после отстаивания.

 Также был проведён другой опыт: в раствор перманганата калия налили пробу воды, через некоторое время раствор поменял цвет с светло-розового до желтоватого, а также выпал осадок бурого цвета в виде хлопьев. О наличие в воде как сточной, так и водопроводной бактериального железа говорит наличие на поверхности воды радужной плёнки и ржавой слизи внутри водопроводных труб.

Отстаивание водопроводной воды в растворе перманганата калия через  сутки и двое суток

Способы решения проблемы: Обустроить посёлок канализацией  и очистными сооружениями. Но этого скорее всего не произойдёт по различным причинам, одна из них -отсутствие мотивации у руководства решить эту проблему. То есть необходимо мотивировать руководство к решению данной проблемы.

До постройки канализации и очистных сооружений необходимо:

1. Изучить ситуацию, установить способы решения сброса канализационных и бытовых стоков, конкретно владельцами каждого здания  или технических сооружений. Итогом этой работы должна стать ясная картина истинного положения дел по этому вопросу. Картина сама по себе будет наводить на мысль решения проблемы, в том числе необходимые сведения для подготовки технического здания для проектирования общепоселковой канализации и очистных сооружений. В этой работе будут выявлены также случаи условно терпимые и совершенно не терпимые . К совершенно не терпимым следует относить сброс канализационных и бытовых стоков непосредственно на поверхность земли . К решению нетерпимых способов нужно приступать немедленно, чтобы минимизировать последствия. С этой целью возможно и необходимо приступить к восстановлению дренажных сетей посёлка, очистке кюветов и каналов, что обеспечит своевременный сброс дренажных и поверхностных вод, не позволит воде застаиваться, тем самым улучшая экологическую обстановку.

2. С населением необходимо проводить постоянную работу, с целью оказания возможной на текущий момент помощи  в решении проблемы сброса стоков.

3. Необходимо наладить постоянный контроль за состоянием воды в центральном водопроводе, а также в конечной точке употребления, в том числе в индивидуальных колодцах. Информацию доводить до населения. Только постоянный ежедневный контроль позволит улучшить ситуацию и в конечном счёте решению проблемы в комплексе.

4.Ремонт артезианской скважины(водонапорной башни), замена труб металлических на трубы из синтетических материалов (пластик). Проводить обеззараживание воды (необходимо также обезжелезнение , но это приведёт к новым экологическим проблемам, возможно. В заключение: проблема водоснабжения и канализации должна стоять у руководства ежедневно на первом плане. Вначале водопровод и канализация,  всё остальное - потом.

Литература:

1.Беспамятнов Г.П.,Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде Л.: Химия 1987.-245с.

2 . Методика технологического контроля работы очистных сооружений городской канализации. М: Стройиздат, 1977.-278с.

3. Абрамович С.Ф. Раппорт Я.Д. Тенденции развития водоснабжения городов за рубежом. Обзор М.: ВНИИИС, 1987.-187с. . А.с. SU 1223956 (1986.04.15). Установка для очистки воды. . ГОСТ Р 51871-2002.

4. Устройства водоочистные. Общие требования к эффективности и методы ее определения. . Унифицированные методы исследования качества воды. 2-е издание СЭВ. Москва. 1974. -380с. 5. Нанотехнологии в очистке питьевой воды: за и против. Расчёты, испытания, отчёты, экспертизы. - http://vik-nik-2009.narod.ru/VODA_june.pdf.

6. http://www.zentrum-der-gesundheit.de/eisenmangel-eisenpraeparate-ia.html

• 1 слайд

  Вода на Земле
  

• 2 слайд

  Россия
  Калининградская область
  Озерский район
  Посёлок Красноярское
  Школа в п. Маяковское
  Автор: Мария Кудренко
  Учителя: А. В. Беспалова,
  Н. Н. Стрельникова
  
  

• 3 слайд

  Die weltweite Organization des Gesundheitswesens sagt:
  
  - wegen des schlechten Trinkwasser hat Probleme mit der Gesundheit jede zehnte Bewohner der Welt jährlich;
  - 50% des Wassers im Flüss ist mit 420 Milliarde Abwasser verschmutzt;
  - mehr als 90% aller Abwasser kommt in die Trinkwassernetz noch schmutzig.
  

• 4 слайд

  
  
  
  Liebe Bewohner des Dorfes Krasnojarskoje!
  Im Ramen des Projekten der Goethe Institut “Umwelt macht Schule” bitten wir Sie unsere Frage über die Qualität des Wassers in Ihrem Dorf zu beantworten.
  Stellen Sie sich vor bitte__________________________________________________________________________
  (wenn Sie möchten, dürfen Sie unbekannt sein)
  Ihr Alter _____________________________________________________________________________
  Ihr soziale Status _____________________________________________________________________________
  1.Kümmern Sie sich um die Qualität des Trinkwassers?
  •ja
  •nein
  2.Haben Sie Probleme mit der Qualität des Trinkwassers? Welche?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
  (der Abschaum auf der Teekanne, die schnell verschmutzige Filter des Wassers und sonstige gebrochene Haushaltsgeräte usw.)
  3.Wie kann man diese Probleme lösen? Nach Ihrer Meinung?__________________________________________________________________________________________________________________________________________________
  4.Haben sie probiert, diese Probleme zu lösen? Wie? _____________________________________________________________________________
  5.Sind Sie zu der Qualität der Reinigung des Abwassers zufrieden? Oder gibt`s Probleme da?__________________________________________________________________________
  6.Wenn es Probleme mit dem Abwasser gibt, sagen Sie bitte: probieren Sie sie zu lösen? Oder? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
  
  
  

• 5 слайд

  Solche Probleme gibt`s mit dem Wasser in unserem Dorf Krasnojarskoje
  Abwasser neben den Häusern
  

• 6 слайд

  Abwasser kommt gerade auf die Erde. Es hat keine Reinigung.
  

• 7 слайд

  Es sieht so aus…
  Es gibt hier ein schlechter Geruch
  

• 8 слайд

  Es gibt auch Zngen des Gebäudes, weil es keine richtige Kanalisation gibt. Abwasser zerstört das Fundament.
  

• 9 слайд

  Trinkwasser
  
  
  
  
  
  Abwasser
  
  
  

• 10 слайд

  Es sieht wie eine Pfütze aus…
  Aber es gibt keine Kontrolle des Wasserstands
  

• 11 слайд

  Wasserturm hat Zerstörungen
  Hier ist ein Loch...
  und Wasser fliesst auf die Erde
  

• 12 слайд

  Ich habe bemerkt, dass Filter für Reinigung des Trinkwassers in der Haushalt einen Rost hat…
  

• 13 слайд

  Da habe ich Experimente durchgeführt. Ergebnisse waren so…
  Am ersten Tag ist Wasser durchsichtig
  Paar Tage später bekommt Wasser gelb-braune Farbe und Stauchung
  

• 14 слайд

  Zuerst habe ich Wasser mit Permanganat des Kaliums genommen,
  dann habe ich Trinkwasser eingefliesst
  Paar Tage später bekommt das Wasser
  Stauchung mit den Flöcken
  

• 15 слайд

  Tipps:
  

• 16 слайд

  Die vermuteten Ergebnisse