XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Актуальность выбранной темы. XXI век – век информации. Казалось бы, всё изучили наши учёные для спокойного и долгого существования человека, придумали всё для облегчения жизни. Но вопросы, касающиеся экологической сферы, так и остаются открытыми… Одной из главных является проблема качества воды, так необходимой для нашего существования, существования человечества. Трудно переоценить значение чистой воды для человека. Но, к сожалению, вода практически никогда не бывает чистой, то есть всегда содержит какие-то примеси и растворённые вещества. В ней растворено огромное количество химических веществ, как органических, так и неорганических. Некоторые из них сами по себе, возможно, не несут вред организму, или даже полезны для нас, но в сочетании с другими элементами могут оставлять последствия, далекие от понятия пользы. Другая разновидность примесей – микроорганизмы, которые вызывают массу заболеваний: бактерии, вирусы, грибы, простейшие и т.д. Поступление в организм с питьевой водой веществ в концентрациях, превышающих норму, может вызвать необратимые изменения в работе важнейших систем жизнедеятельности человека. Существуют различные методы очистки воды для приведения её к норме. Данная тема, безусловно, актуальна, актуальной будет всегда. Она затрагивает наше повседневное существование, влияет на здоровье нашего организма, поэтому, несомненно, заслуживает нашего внимания.

Объект исследования: Различные примеси, растворённые в воде.

Предмет исследования: Методы очистки воды от различных примесей.

Цель исследования: Выяснить способы очистки воды и применить это в практической деятельности служб материального обеспечения (МТО) Вооружённых Сил России.

Задачи исследования:

1. Выяснить значимость и роль в жизни человека воды.

2. Изучить виды загрязнителей воды в различных литературных и Интернет-источниках.

3. Изучить количественное содержание допустимое согласно государственным стандартам (ГОСТам) и СанПиНам.

4. Найти различные методы очистки воды по природе их происхождения и типу.

5. Разработать рекомендации (разъяснения) для очистки воды в домашних условиях и в условиях повседневной деятельности военных объектов.

Практическая значимость: Выделены некоторые методы очистки воды, и на этой основе разработана мини-памятка по методам очистки воды в домашних условиях; написана научная публикация. Кроме этого в будущем планируется совместно с курсантами старших курсов с аналогичными целями исследовать водный источник, находящийся недалеко от нашего института.

В данной публикации мы исследовали некоторые из заявленных задач.

Государственные стандарты и СанПиНы на содержание различных элементов, растворённых в воде. Показатели качества воды

Под качеством воды в целом понимается характеристика её состава и свойств, определяющая пригодность воды для конкретных видов водопользования (ГОСТ 17.1.101-77. «Охрана природы. Гидросфера. Использование и охрана вод», изменённая редакция 2001 г.), при этом критерии качества представляют собой признаки, по которым производится оценка качества воды. Под качеством природной воды в целом понимается характеристика её состава и свойств, определяющая пригодность воды для конкретных видов водопользования (ГОСТ 17.1.1.01-77), при этом критерии качества представляют собой признаки, по которым производится оценка качества воды.

Качество воды – это сочетание химического и биологического состава и физических свойств воды, определяющее её пригодность для конкретных видов водопользования, в зависимости от назначения воды и особенностей технологического процесса.

Требования к качеству всех видов вод, кроме сточных, устанавливаются отечественными государственными стандартами.

Качество воды определяется по следующим признакам:

Прозрачность воды

Запах

Вкус

Цвет

Минерализация

Жесткость

Окисляемость

Содержание в воде взвешенных примесей, измеряемое в мг/л, даёт представление о загрязнённости воды частицами в основном условным диаметром более 1∙10^-4  мм (табл.1):

Таблица 1 – Характеристика вод по содержанию взвешенных примесей

Размер частиц (приблизительный), мм	Гидравлическая крупность ( скорость осаждения в лабораторном цилиндре в течение 2 ч), мм/с	Примесь (условно)	Время осаждения частиц на 1 м
1,0	100	Крупный песок	10 с
0,5	53	Средний песок	20 с
0,1	6,9	Мелкий песок	2,5 мин.
0,050–0,027	1,7–0,5	Крупный ил	10–30 мин.
0,010–0,005	0,070–0,017	Мелкий ил	4–18 час
0,0027	0,005	Крупная глина	2 сут.
0,0010–0,0005	0,00070–0,00017	Тонкая глина	0,5–2 мес.
0,0002–0,000001	0,000007	Коллоидные частицы	4 года

Жёсткость воды обусловливается наличием в воде ионов кальция (Ca²⁺) и магния (Mg²⁺). Общее содержание в природных водах ионов кальция и магния несравнимо больше содержания других ионов – и даже их суммы.

Поэтому под жёсткостью понимают сумму количеств ионов кальция и магния – общая жёсткость, складывающаяся из значений карбонатной (временной, устраняемой кипячением) и некарбонатной (постоянной) жёсткости.

Первая вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, вторая наличием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов этих металлов. Однако при значении жёсткости воды более 9 ммоль/л нужно учитывать содержание в воде стронция и других щелочноземельных металлов.

По стандарту ИСО 6107-1-8:1996, включающему более 500 терминов, жёсткость определяется как способность воды образовывать пену с мылом.

В жёсткой воде обычное натриевое мыло превращается ( в присутствии ионов кальция) в нерастворимое «кальциевое мыло», образующее бесполезные хлопья. И, пока таким способом не устранится вся кальциевая жёсткость воды, образование пены не начнётся. На 1 ммоль\л жёсткости воды для такого умягчения воды теоретически затрачивается 305 мг мыла, практически – до 530. Имеет место проблема образования накипи. По значению общей жёсткости природные воды делят на группы (табл. 2):

Таблица 2 – Классификация воды по жёсткости

Группа воды	Единица измерения, ммоль\л
Очень мягкая	До 1,5
Мягкая	1,5–4
Средней жёсткости	4–8
Жёсткая	8–12
Очень жёсткая	Более 12

Таблица 3 – Требования СанПиН: Предельно-допустимые концентрации

Основные химические элементы	Предельно-допустимые концентрации
Алюминий (Al)	0,5 мг\дм3
Барий (Ba)	0,1 мг\л
Бериллий (Be)	1 мкг\л
Бор (B)	0,5 мг\дм3
Ванадий (V)	0,1 мг\л
Висмут (Bi)	0,1 мг\л или 100 мкг\л
Вольфрам (W)	0,05 мг\дм3
Европий(Eu)		0,3 мг\л
Железо (Fe)		0,3 мг\л
Кадмий (Cd)		0,001 мг\дм3
Серебро (Ag)		0,05 мг\дм3

Таблица 4 – Требования СанПиН: Показатели качества воды

Показатели воды, единицы измерения	Предельно-допустимые концентрации (СанПиН 2.1.4 1074-01)1
pH	6-9
Запах (20\60◦C), баллы	2
Мутность, единицы мутности по формазину, ЕМФ	2,6
Цветность, градусы	20
Общая минерализация (сухой остаток), мг\л	1000
Жёсткость общая, мг экв\л	7
Окисляемость перманганатная, мг\л	5
Щёлочность гидрокарбонатная, мг\л	1000
Железо общее, мг\л	0,3
Нитраты, мг\л	45
Марганец, мг\л	0,1
Нефтепродукты, суммарно, мг\л	0,1
Поверхностно – активные вещества (ПАВ), мг\л	0,5
Фенольный индекс, мг\л	0,25

Таблица 4 – Предельно допустимые концентрации содержания химических элементов основных органических веществ в питьевой воде

Органические примеси. Перечень органических примесей в воде, приведенный в СанПиН 2.1.4.1074-01, содержит сотни веществ. Приведем показатели, характеризующие предельные концентрации основных природных и искусственных органических веществ, влияющих на качество воды (мкг\дм³)

Вещество	ПДК (мкг\дм3)
Четыреххлористый углерод	6
Дихлорметан	7,5
1,1,1-дихлорэтан	10000
Винилхлорид	50
Бензол	10
Толуол	500
Бенз(а)пирен	0-5
Монохлорбензол	20
1,2-дихлорбензол	2
Трихлорбензол	30
Диалкилолово (соединения)	2
Тетраэтилолово	0,2
Трибутилметакрилатолово	0,2
1,2-дихлорпропан	400
1,3-дихлорпропен	400
Гептахлор и гептахлорэпоксид	50
Хлорфеноксигербициды (помимо 2,4-Д и МСРА)	2,4-ДВ 90 - 500

Методы очистки воды в зависимости от природы элемента,

содержащегося в воде

Существует несколько методов очистки и все они входят в три группы методов:

Механический

Биологический

Физико – химический

Механическая очистка – подразумевает отделение в очищаемых стоках твёрдых и взвешенных частиц. Основные методы (процеживание, отстаивание, фильтрация, центрифугирование). Применяется как предварительный способ очистки воды.

Биологическая очистка – применяется для очистки от растворённых органических соединений. Метод основан на способности микроорганизмов разлагать растворённые органические соединения.

Физико-химическая очистка – применяется для очистки сточных вод от грубо- и мелкодисперсионных частиц, коллоидных примесей, растворённых соединений. Высокопроизводительный, но в то же время дорогой способ очистки.

На рис. 1 приведены стадии техпроцесса обработки сточных вод производственного предприятия

Рисунок 1– Стадии техпроцесса обработки сточных вод производственного предприятия

В табл. 6 сведены методы очистки от загрязняющих веществ в сточных водах.

Таблица 6 – Типы загрязняющих веществ в сточных водах и методы очистки

Тип загрязняющих веществ	Группа загрязнений	Методы очистки сточных вод
Грубодисперсные взвешенные вещества	Взвешенные вещества с размером частиц более 0,5 мм	Просеивание Первичное отстаивание без реагентов Фильтрация
Грубодисперсные эмульгированные частицы	Капельные загрязнения, органические вещества, не смешивающиеся с водой	Гравитационная сепарация Фильтрация Флотация Электрофлотация
Микрочастицы	Взвешенные вещества с размером частиц более 0,01 мм	Фильтрация Коагуляция Флокуляция Напорная флотация
Стабильные эмульсии	Нефтепродукты в количестве >5 мг/л, вещества, экстрагируемые серным эфиром	Тонкослойная седиментация Напорная флотация Электрофлотация
Коллоидные частицы	Размер частиц от 0,1 до 10 мкм	Микрофильтрация Электрофлотация
Агрессивность среды	pH, общая щелочность, общая кислотность	Нейтрализация
Масла	Концентрация масел более 10 мг/л	Гравитационная сепарация Флотация Электрофлотация
Фенолы	Концентрация фенолов 0,5 – 5 мг/л	Биологическая очистка + озонирование Сорбция на активированном угле
	Концентрация фенолов 5 – 500 мг/л	Биологическая очистка Флотация + Биологическая очистка Коагуляция + озонирование
Ионы тяжелых металлов	Концентрации Cu2+, Zn2+, Ni2+, Feобщ, Cd2+ 5 – 100 мг/л	Электрофлотация Реагентные + отстаивание Электродиализ Электрокоагуляция
Хром (VI)	Концентрации Cu2+, Zn2+, Ni2+, Feобщ, Cd2+ 0,5 – 5 мг/л	Ультрафильтрация Ионный обмен
	Концентрация Cr6+ 1 – 100 мг/л	Химическое восстановление + Электрофлотация Электрохимическое восстановление Электрокоагуляция
Хром (III)	Концентрация Cr3+ 5 – 100 мг/л	Осаждение + Фильтрация Электрофлотация
Сульфаты	Концентрация Cr3+ 0,5 – 5 мг/л	Ионный обмен Ультрафильтрация
Хлориды	Концентрация SO42-> 2000 мг/л	Реагентные + отстаивание + Фильтрация Вакуумное выпаривание
	Концентрация SO42-<2000 мг/л	Нанофильтрация Обратный осмос
Общее солесодержание	Концентрация Cl- > 300 мг/л	Обратный осмос Вакуумное выпаривание Электродиализ
		Нанофильтрация Обратный осмос Вакуумное выпаривание Электродиализ
Поверхностно – активные вещества	Анионные и неионогенные ПАВ	Флотация Электрофлотация Сорбция на активированном угле
	Анионные, катионные и неионогенные ПАВ	Ультрафильтрация Нанофильтрация Озонирование

Выяснена значимость и роль воды в жизни человека. Были изучены различные виды загрязнителей воды в различных литературных и интернет-источниках. Изучены количественное содержание, допустимое согласно государственным стандартам (ГОСТам) и СанПиНам, мы исследовали различные классификации и методы очистки они делятся на 3 типа, зависят от природы загрязняющего вещества, нашли различные методы очистки воды по природе их происхождения и типу.

Заключение

Закончить хотелось бы словами Антуана де Сент-Экзюпери: «Вода…Ты не имеешь ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать – тобой наслаждаешься, не ведая, что ты такое. Ты не просто необходима для жизни, ты и есть сама жизнь. Ты божество, ты совершенство, ты самое большое богатство на свете, её Величество – Вода!» Пейте чистую воду.

Использованные источники

1. Водный кодекс Российской Федерации от 3 июня 2006 г. № 74-ФЗ Система ГАРАНТ: http://base.garant.ru/12147594/#ixzz50bUB2woZ.

2. Иванова В.М., Кучер М.И., Френкель Е.Э.К вопросу о качестве воды при изучении экологии [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.scienceforum.ru/2018/3089/221.

3. СанПиН 2.1.4.559-96. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://snipov.net/c_4655_snip_98386.html.

Код для цитирования: Скопировать