Ученический проект "Создание бытового фильтра для очистки водопроводной воды"

« Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха,

тебя невозможно описать, тобой наслаждаются,

не ведая, что ты такое. Ты не просто необходима для жизни,

ты и есть жизнь. С тобой во всем существе разливается

блаженство, которое не объяснить только нашими пятью

чувствами. Ты возвращаешь нам силы и свойства,

на которых мы уже поставили было крест. Твоим милосердием

снова отворяются иссякшие родники сердца.»

Антуан де Сент-Экзюпериⁱ¹

Введение.

В 6 классе я работал над исследованием: «Как вода попадает в кран». Результатом моей работы стали документальный фильм и модель электрической колонки, которую мы смоделировали с папой.

Я посетил водонасосную станцию у нас в поселке и задал вопрос о том, можно ли пить сырую воду из-под крана? На что получил однозначный ответ: «Воду нужно кипятить, так как современные способы очистки, которые используются на станции, не дают гарантии полной фильтрации воды от разных примесей». А какие примеси в воде я узнал на научно-практической конференции из прошлогоднего телекоммуникационного проекта «Многообразие вод России и их использование» учеников 8 класса МАОУ СОШ № 17 поселка Левиха города Кировграда. И мне захотелось узнать, а как в домашних условиях можно очистить водопроводную воду.

Экологическая ситуация в Кировградском городском округе сложная: атмосферные выбросы с заводов Нижнего Тагила, Верхнего Тагила, Кировграда, попадание кислотных вод в реку Тагил… Все понимают, что соседствуя с такими городами, как Кировград, Новоуральск, Верхнейвинск, Первоуральск, Ревда и Нижний Тагил с их медеплавильным, металлургическим, электрохимическим, и десятком других не менее вредных производств, Верхним Тагилом, который загрязняет и атмосферу и воды рек, мы балансируем на грани экологической катастрофы.

Конечно, вода, которая приходит в дом при помощи системы центрального водоснабжения, очищается. Но способы очистки, как я уже говорил выше, не гарантируют сто процентной чистоты, да и устаревшее оборудование еще больше усугубляет ситуацию.

Какую воду лучше всего было бы пить?

Конечно же, не кипяченую, так как кипяченая считается мертвой, потому что в ней мало кислорода, а без кислорода нет и жизни. Важно, чтобы в воде, которую ты пьёшь, присутствовали макро и микроэлементы.

А что же делать, если нет возможности привезти воду с родника, а водопроводную воду пить некипяченую не рекомендуется? Если купить заводской фильтр воды нет финансов, да и заводской фильтр не гарантирует воду, обогащенную макро и микроэлементами? Как очистить воду от тяжелых металлов, ведь у нас на Урале в воде большое их содержание. Вот главный вопрос, на который я должен найти ответ.

Цель проекта: сконструировать бытовой фильтр как один из способов очистки водопроводной воды в домашних условиях.

Задачи:

1. Познакомиться с известными традиционными технологиями очистки воды в домашних условиях;

2. Познакомиться с известными альтернативными технологиями очистки воды в домашних условиях;

3. Изучить рынок заводских фильтров водопроводной воды;

4. Сконструировать фильтр водопроводной воды;

5. Создать рекламный ролик;

6. Продукт проекта представить на научно-практической конференции.

Гипотеза: если через смоделировать мною фильтр, пропустить водопроводную воду, то она будет более чистой.

Объект исследования: водопроводная вода.

Предмет исследования: способы очистки воды.

Практическая значимость: думаю, что продукт моего проекта может заинтересовать жителей нашего поселка, так как он будет качественно очищать воду, и, в то же время, не будет дорогим аппаратом.

Методы исследования:

1. Поисковый метод позволит узнать традиционные и альтернативные методы очистки водопроводной воды в домашних условиях;

2. Эксперимент поможет увидеть, приобретает ли другие физические свойства водопроводная вода после ее очистки при помощи фильтра и кипячения воды;

3. Наблюдение – покажет, какой может стать вода после очистки фильтром через сутки;

4. Лабораторное исследование воды – позволит узнать химические свойства воды после очистки фильтром.

Из СанПиНа 2.1.4.1074-01. «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Способы традиционной очистки воды» я познакомлюсь с требованиями к качеству воды. И смогу в дальнейшем сравнить лабораторные исследования очистки воды с данными требованиями.

Об традиционных и альтернативных способах очистки воды я могу узнать из следующих интернет-сайтов: http://icite.ru, http://zozhik.ru/, http://lithotherapy.ru/katalog/k/kvarts.html, http://www.vitaminov.net, http://ekovolga.com/.

Из «Популярного атласа определителя. Дикорастущие растения», автор В.С. Новиков, я узнаю о свойствах некоторых пряных растений, а о свойствах кристаллов и минералов, позволяющих очистить воду в домашних условиях, я прочитаю в энциклопедии «Земля. Универсальная энциклопедия юношества».

Данная тема изучена наукой не до конца, исследования ученых продолжаются, так как проблема пресной воды остро встает перед человечеством. Но многие, уже известные, методы очистки воды используются и в заводских фильтрах, и в народной практике. Я же, изучив некоторые из них, попробую смоделировать свой фильтр с целью передать его в дом престарелых, который находится в поселке Левиха. Хочется, чтобы пожилые люди моги пить чистую воду.

1. Традиционные способы очистки воды.

Очистка питьевой воды – актуальная проблема, которая стоит перед жителями нашей планеты.

Опыты и исследования, которые проводят ученые различных стран мира, подтверждают – в ближайшее время производственные технологии могут позволить делать пресную воду из соленой морской. Но для рядовых обывателей можно использовать и другой метод, который позволяет очищать питьевую воду, делая ее годной к употреблению. Чтобы очистить воду от солей тяжелых металлов в домашних условиях, достаточно использовать активированный уголь. Кроме того многие домохозяйки применяют бытовые очистители с ионообменными фильтрами. Эта технология более сложная, но также себя оправдывает, если картриджи фильтров менять регулярно. Но для многих пользователей они могут показаться дорогими, и тогда есть возможность использовать альтернативные методы очистки питьевой воды. Они могут быть особенно актуальны для жителей сельской местности, где качество воды далеко не на высоте, а приобрести бытовые фильтры для очистки воды проблематично. Особенно в таких поселках, как п. Левиха, так как население у нас мало платежеспособное.

Таким образом, для очистки воды в заводских фильтрах используются следующие материалы: некоторые виды активированного угля, йодсодержащая смола, серебро, катионный ионит, пористый материал и т.д.. Современная промышленность предлагает просто огромный выбор фильтров для очистки питьевой воды, но большинство из них, к сожалению, для использования в сельской местности непригодно.

Для нормальной работы одних требуется высокий напор в подводящем трубопроводе, другие не гарантируют приемлемый уровень очистки, а третьи, в которых используются сменные картриджи, просто неподъемно дороги.

1. Альтернативные способы очистки воды

Отстаивание и кипячение воды

Очищение воды минералами

Замораживание

Очистка серебром

Очистка воды углем

Способы очистки воды

Очищение воды кислотами

Очистка воды пряными растениями

1. Отстаивание воды.

Одним из способов очищения воды является ее отстаивание, которое должно длиться не менее 6-7 часов. В процессе отстаивания на дне посуды будут оседать химические соединения, вредные для организма, тяжелые элементы, хлорка, соли и т.д. Поэтому рекомендуется из сосуда, в котором отстаивается вода, выливать воду, когда  в нем остается примерно 1/3 воды.

1. Очистка воды в основном от солей – замораживание. При замораживании не наливайте воду до краев, вода расширяется. При заморозке воды соли замерзают в последнюю очередь и оседают на дне.

2. Наливаем воду в 5-и литровую бутылку. Возьмём небольшой камень кремния, промоем его теплой водой и поместим  в канистру с водой. Дадим воде постоять 24 часа. Такая чистка воды хороша для дальнейшего использования ее в приготовлении пиши.

3. На 2 литра воды добавляем 1 столовую ложку соли и выдерживаем ее в течении 15-ти минут. Таким способом мы очистим воду от тяжелых металлов, но такая вода не подходит для ежедневного использования и употребления.

4. В трехлитровую банку (или другую стеклянную посуду) наливаем водопроводной воды и бросаем туда семь таблеток активированного угля. Такой способ поможет нам избавиться от различных вредных веществ и от неприятного запаха.

5. Еще один очень эффективный, распространённый и проверенный временем способ очистки водопроводной воды от вредных веществ и микроорганизмов – очищение серебром. Налейте воды в стеклянную посуду и погрузите туда любой чистый предмет из серебра, выдержите 24 часа.

6. Очистка воды кинзой и другими пряными растениями:

В качестве одного из методов очистки ученые решили использовать кинзу. Все дело в том, что биосорбент находится во внешней структуре микроскопических клеток растения. И он отлично подходит для того, чтобы абсорбировать токсичные металлы. Ученые предлагают упаковывать кинзу, прошедшую предварительные стадии необходимой обработки, в фильтры для воды многоразового использования. Ее также можно использовать в качестве чайной заварки или добавлять в заварку шарики из кинзы и других пряных трав для очищения воды и удаления токсичных элементов. Кинза очищает воду от тяжёлых металлов.

1. Очистка воды с помощью горного кварца.

2. Очистка воды с помощью шунгита:

Шунгит – уникальный природный минерал. По своему воздействию ему нет аналогов. При взаимодействии с водой шунгит придает ей непревзойденные качества. Шунгитовая вода - это основа здорового образа жизни. Шунгит - универсальный сорбент. По способности очищать воду от вредных примесей, ему нет равных.

Шунгит адсорбирует на своей поверхности до 95 % загрязнителей, убирает мутность и придает воде родниковый вкус.

Таким образом, в современной практике существуют несколько альтернативных традиционным способов очистки воды, которые уже испробованы населением нашей страны. И являются эффективными, что доказывают современные исследования.

1. Практическая часть. Изготовление четырехступенчатого фильтра «Ракета»

За основу четырехступенчатого фильтра «Ракета» взяты идеи очищения воды, проверенные и изученные наукой. Я предположил, что необходимо взять для фильтра следующие наполнители: кварцевый песок, редкоземельный магнит и кварц, кинзу, уголь древесный и активированный.

Материалы:

План работы

по подготовке и сбору четырехступенчатого фильтра «Ракета»

1. В первую очередь я промыл речной песок в нескольких водах, освободил его от глины и прокалил его.

2. Промыл и обработал термически кварцевые

камни и редкоземельный магнит.

1. Раздробил магнит.

2. Отрезал дно у бутылок.

3. Сконструировал из пробок от бутылки и сетки из

нержавеющей стали фильтры-ограничители

(чтобы не попадал один наполнитель фильтра в другой).

1. Заполнил каждый отдел фильтрующими материалами.

2. Сконструировал и изготовил ножки для фильтра.

3. Собрал фильтр

Этапы очистки воды при помощи четырехступенчатого фильтра «Ракета»:

Песок

Кварцевый камень

и магнит

Уголь активир.

Кинза (кориандр)

Песок речной, обогащенный кварцем, гранитом – это естественный фильтр, так как является водопроницаемой породой. Вода, которая просачивается через него, проходит первичную фильтрацию. У песка есть способность, которая позволяет удалять из воды растворённые железо и марганец. Он обладает высокой стойкостью к механическим, химическим, атмосферным воздействиям. Поэтому его можно использовать на протяжении длительного времени.

Но прежде, чем песок станет "работать" в фильтре, он сам должен пройти процедуру очищения. Для этого я его обработал: просеял, промыл и прокалил. И уже очищенным загрузил в фильтр.

Горный кварц и магнит – они лежат во втором отделе фильтра.

Кварцевая вода обладает целебными свойствами и очень благотворно действует на организм человека. Она биологически активна и полезна для профилактики различных заболеваний, для стимуляции и омоложения организма. Ее используют также и в косметических целях. При регулярном умывании кварцевая вода делает кожу более эластичной, гладкой и упругой. Разлаживая морщины и омолаживая ее, помогает избавиться от прыщей. Кварцевую воду используют для смачивания кожи, наложения примочек и компрессов при ушибах, ожогах, порезах, кожных воспалениях и т.д².ⁱⁱ

Магнит же вытягивает металлы из воды, делая ее более мягкой. Прежде, чем загрузить данные материалы в фильтр, я их промыл и термически обработал. Так же, как и песок, горный кварц и редкоземельный гранит, меняют редко.

Уголь активированный – это составляющее третьего фильтра. Активированный уголь способен поглотить все вредные для организма вещества, включая такие тяжелые, как свинец, ртуть, радон и продукты его распада, хлор, пестициды и др. В то же время активированный уголь оставляет в воде ценные минералы³.ⁱⁱⁱ С помощью угля можно удалить не только самые различные химические примеси, но и неприятный запах.

Кинза или кориандр - исследования, подтверждающие, что пряные травы можно использовать не только в качестве приправы, проводили студены двух политехнических университетов Сан-Франциско. Они пришли к выводу, что кинза содержит очень полезный элемент – биосорбент. Он способствует тому, что из воды удаляются такие вещества как ртуть, медь, свинец и другие

тяжелые металлы и токсичные элементы⁴.^iv Вот и я решил добавить в свой фильтр еще один порог – пряный.

Два последних порога фильтра «Ракета» необходимо менять по мере загрязнения или истощения материала. Отделы фильтра отгорожены друг от друга нержавеющей сеткой от фильтра заварочного чайника. Сетка вмонтирована в крышку бутылки.

Зксперимент:

1. Физические свойства воды (прил.1) после прохождения через фильтр изменяются по всем наблюдаем параметрам, а в частности: цвет становится темнее, так как кинза – природный краситель, запах хлора исчезает, появляется легкий запах кориандра, вкусовые качества воды так же меняются, появляется легкий привкус кориандра

2. Некоторые физические свойства воды, очищенной фильтром ракета, после кипячения меняются, например, вода становится безвкусной и без запаха. (Приложение 3)

1. 1 литр воды проходит через фильтр «Ракета» за 4 минуты; из 1 литра воды выходит, примерно, 0,9 л (потеря 0,1 л воды)

Вывод: воду после очистки фильтром «Ракета» можно употреблять не только в свежем виде, но и кипячёном: готовить чай, суп, второе.

Наблюдения:

Поставил воду после фильтрации для отстаивания. Через сутки вода стала более прозрачной, образовался небольшой осадок.

Вывод:

вода после отстаивания становится еще чище.

Лабораторное исследование:

Водородный показатель кислотности воды, содержание меди и цинка в воде – в норме, лямблии в воде отсутствуют. А вот уровень содержания железа в воде превышен на 0,499 мг/л. (Приложение 2)

Вывод:

необходимо выявить причину превышения железа в воде и устранить ее.

1. Результаты исследования. Выводы.

Вода является неотъемлемой составляющей каждого человека. Ежедневно мы готовим пищу, пьем чай и кофе, моем посуду и принимаем душ. Я выяснил, что вода, поступающая из водопроводного крана, достаточно низкого качества. Она содержит много вредных примесей, хлор и имеет неприятный запах. Такая вода влияет на здоровье человека. Поэтому требует дополнительной очистки.

Оказалось, что методов очистки воды достаточно много. Есть традиционные способы: покупка и установка заводских фильтров. А есть и альтернативные способы очистки воды, которые предполагают минимум вложения денег, но достигают качественный результат:

очистка питьевой воды природными камнями шунгитом и кремнием;

 очистка с помощью активированного угля;

 замораживание;

 очищение воды серебром;

 очистка питьевой воды минералами;

 очистка пряными травами.

В своем исследовании я подтвердил, что если через сконструированный мной фильтр пропустить водопроводную воду, то она будет более чистой, что подтверждают лабораторные исследования. Необходимо найти причину повышенного содержания железа в воде и устранить ее.

Проведенные мною ксперименты и наблюдения доказывают, что в домашних условиях можно очистить воду от вредных примесей. А использовать отфильтрованную воду можно и в сыром виде и для приготовления пищи.

За время работы над проектом я столкнулся с проблемой: анализ качества воды в лабораториях – дело дорогостоящее. И каждый раз проводить анализ полученной воды очень дорого.

Поэтому ставлю для себя следующую задачу: еще раз познакомиться с гигиеническими требованиями к воде, понять, почему уровень железа превышен, уменьшить его уровень в воде, изучить способы проверки качества воды в домашних условиях и собрать свою мини-лабораторию.

Кроме того, считаю, что мой проект социально значимый и практико-ориентированный, так как результаты исследования может использовать любой житель поселка, а так же на уроках географии, ОБЖ, биологии, классных часах. А после того, как модель будет улучшена, я подарю фильтр пожилым людям в Социальный дом в поселке Левиха на улице Ленина, дом 4

Литература:

Литература и интернет-сайты:

1. В.С. Новиков «Популярный атлас определитель. Дикорастущие растения». М: «Дрофа», 2008 г, 415 стр

2. «Земля. Универсальная энциклопедия юношества». М: Педагогика-ПРЕСС, изд. Современная педагогика, 2001 г, 672 стр

3. СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения.

1^ http://icite.ru

2^ http://lithotherapy.ru/katalog/k/kvarts.html

3^ http://www.vitaminov.net

4^ http://ekovolga.com/

i- http://icite.ru

ii- http://lithotherapy.ru/katalog/k/kvarts.html

iii- http://www.vitaminov.net

iv- http://ekovolga.com/

13