ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖЕДНИЕ ШКОЛА № 000
Очистка сточных вод
Авторы: Барилов Денис, Шелымагин Иван, 6 класс
Руководитель:
учитель биологии
Москва 2017
Введение
Каждый месяц любая семья сталкивается с необходимостью выделять часть своего бюджета на оплату расходов, связанных с проживанием в квартире, и погашением счетов за отопление, электричество и так далее. Третье место в этом списке занимают траты, связанные с использованием воды для бытовых нужд (Приложение 1).
Для снижения затрат семьи на оплату воды, мы предлагаем проводить очистку воды в квартире. Данная вода будет использоваться на технические нужды. В квартиру будет поступать только питьевая вода. Такой круговорот воды внутри квартиры позволит также решить экологическую проблему сохранения водных ресурсов (Приложение 2).
Цели и содержание поставленных задач
Цель: разработать фильтрационную систему внутри квартиры для очистки бытовых сточных вод
Задачи:
1) Проанализировать затраты семьи на коммунальные услуги.
2) Рассмотреть состав сточных вод.
3) Изучить методы очистки сточных вод.
3) Сконструировать модель фильтрационной системы для очистки сточных и вторично используемых вод.
4) Провести исследование эффективности этого фильтра.
5) Рассчитать производительность фильтра, определить его расположение в зданиях.
Состав сточных вод
Сточные воды – это любые воды и атмосферные осадки, отводимые в водоёмы с территорий промышленных предприятий и населённых пунктов через систему канализации или самотёком, свойства которых ухудшились в результате деятельности человека (Приложение 3).
Сточные воды классифицируются по следующим признакам:
- по источнику происхождения:
- производственные (промышленные) - образуются в технологических процессах производств, отводятся через систему промышленной или общесплавной канализации; поверхностные (дождевые и талые, «ливневые стоки») — образуются при таянии снега, льда, града, отводятся через систему ливневой канализации.https://ru. wikipedia. org/wiki/%D0%A1%D1%82%D0%BE%D1%87%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D1%8B - cite_note-1 бытовые (хозяйственно-бытовые) - образуются в результате бытовой жизнедеятельности человека, отводятся через систему хозяйственно-бытовой или общесплавной канализации. Именно они и являются основным объектом, для работы с которым создается домашняя канализация.
Различают:
- собственно хозяйственные сточные воды (серые) – вода, которая используется для мытья, стирки. фекальные сточные воды (черные) – стоки из туалетных комнат.
Виды примесей, которые загрязняют сточные воды
- минеральные (30%) – песок, глина, растворенные соли, минеральные кислоты, щелочи, неопасное загрязнение; органические (60-70%) – загрязнения растительного, животного и бактериального происхождения. Это органические кислоты, соли, жиры, белки, углеводы, смолы разного происхождения, остатки синтетических органополимеров; биологические (очень мало) – вирусы, бактерии, грибы.
Методы очистки бытовых сточных вод
Для очистки сточных вод используются фильтры:
- естественные - включают в себя горные породы, минералы, растения, грибы; искусственные - из различных пластмасс, тканей, керамики, стеклянной крошки, опилок (Приложения 6, 7). Фильтры самоочистки – применение микроорганизмов и химических реакций. Например, водоросли могут выделять перекись водорода, которая убивает бактерий (Приложения 4, 5).
Практическая часть
1. Создание фильтра.
В конструкции фильтра для квартиры мы предлагаем соединить элементы всех типов фильтров (Приложение 8).
Строение фильтра
В первую очередь нужно провести отстаивание воды, чтобы избавиться от крупных частиц. Осадок должен удаляться, а верхний раствор будет проходить дальнейшую обработку.
Потом раствор нужно очистить от крупных частиц. Для этого используется фильтр №1, состоящий из пластин с разными ячейками и естественных компонентов (Приложение 9). Так осуществляется механическая очистка воды.
Фильтр №2 представляет собой смесь сорбентов, которые поглощают разные химические вещества (Приложение 10). Сорбция – это поглощение отдельных неорганических веществ из воды твёрдым телом (сорбентом). Данный фильтр сделан из материала уже существующих фильтров:
- активированный уголь (активный уголь, карболен) – поглощает соли тяжелых металлов, органические соединения (в том числе и органические радикалы, токсины, красители, медикаменты), некоторые химически активные элементы (озон, хлор), пестициды, нефтепродукты; цеолиты - большая группа близких по составу и свойствам минералов (водные алюмосиликаты кальция и натрия) способны избирательно выделять и вновь впитывать различные вещества, а также обменивать катионы – поверхностно активные вещества, красители, пестициды, коллоидные и бактериальные загрязнители, органические соединения; ионообменные смолы – умягчают воду (легко взаимодействуют с солями жесткости и удерживают кальций и магний), улавливают соединения хрома и ионы тяжелых металлов; Органические иониты – характеризуются гелевой структурой, без пор, но при попадании в растворы воды они набухают и могут обмениваться ионами. Неорганические иониты – цирконилфасфат, оксалат циркония, соли гетеро - и поликислот, ферроцианты тяжелых и щелочных металлов, гидроксиды железа и сульфиды железа, нерастворимые в воде.
Бактериальная очистка осуществляется благодаря применению полых волокон и бактериостатическому компоненту. Полые волокна задерживают бактерии - это дает возможность обходится без химикатов. Бактериостатический компонент сдерживает размножение и рост бактерий. Можно не влиять на рост и размножение бактерий, так как в сточных водах присутствует много органических веществ, которые могут быть использованы для их питания. Это основа биологической очистки. В конструкции может быть использован ячеистый материал, в котором обитают анаэробные бактерии. Механизм действия данного биологического фильтра следующий. После того, как сточные вода прошли свою первичную механическую очистку в отстойнике, где удаляются тяжелые фракции загрязняющих веществ, они попадают в секцию биологической очистки. Она осуществляется следующим образом: загрязненная вода при прохождении через фильтрующую систему оставляет на ней все примеси, которые не смогли образовать осадок на уровне отстойника. Также на ней остаются различные коллоидные и растворенные органические вещества, которые собирает биологическая пленка.
Частично очищенная вода поступает в резервуар для химической очистки (Приложение 11), так как в воде остались разные химические элементы. Обработку этой воды можно проводить в специальном резервуаре с помощью химических реактивов. На сегодняшний день в качестве реагентов при очистке воды химическим способом в основном используются различные окислители (хлор, озон, различные подщелачивающие вещества, например, едкий натр, известь, сода, а также такие подкисляющие вещества, как соляная и серная кислоты).
Данную воду можно будет использовать для технических нужд.
2. Проверка очистительных свойств фильтра.
Приготовлена смесь для испытаний – почва, песок, измельченные остатки пищи, раствор моющего средства для посуды, масло растительное. После фильтрации получился прозрачный раствор, твердые частицы остались на фильтре.
В процессе испытаний в пробы смеси были добавлены разные химические элементы:
Химический элемент | Вещество | Реагент | Контрольная пробирка | Испытуемый раствор |
Хлор Cl- | Хлорид натрия NaCl | Нитрат серебра AgNO3 | Белый осадок | Слабый белый осадок |
Медь Cu2+ | Хлорид меди CuСl2 | Раствор щелочи NaOH | Голубой осадок | Голубая взвесь |
Алюминий Al3+ | Сульфат алюминия Al2(SO4) 3 | Раствор щелочи NaOH | Белый осадок | Слабый осадок |
Железо Fe3+ | Хлорид железа FeCl3 | Желтая кровяная соль K₄[Fe(CN)₆] | Синее окрашивание раствора | Раствор приобрел голубую окраску |
Результат – фильтр хорошо проводит механическую очистку, но не очень хорошо справляется с химической.
Поэтому предложена установка для испарения воды и перевода ее в конденсат (Приложение 12)
3. Использование фильтра в зданиях.
- Анализируя данные таблицы (Приложение 13), можно сделать вывод, что через фильтр в сутки должно проходить 1764 литра воды (мы берем семью из 3 человек):
V=588л. Ч3чел.=1764л.=1,764м3
- Чтобы отфильтровать такое количество воды потребуется 6 часов (Приложение 14):
t=1,764м3:0,3м/ч=5,88ч.
Такое количество воды очищается, если мы берем медленный, открытый, многослойный фильтр. Для увеличения скорости можно сделать фильтр напорным.
Таким образом, производительность данного фильтра составит 0,294м3 в час.
- Размеры данного фильтра составят по высоте 2м, по ширине 50 см. (исходя из нормативной документации по водоснабжению). Расположить этот фильтр можно в санузле во вновь строящихся домах (Приложения 15 и 16). Так как вода будет циркулировать постоянно в этой системе, нужно будет раз в неделю проводить ее диагностику. От результатов диагностики будет зависеть срок замены воды.
Выводы
Анализируя результаты практической части можно отметить достаточную эффективность фильтра.
Мы считаем, что реализация проекта позволит:
- Уменьшить потребление воды. Сохранить запасы воды. Сократить расходы семьи на оплату коммунальных услуг.
Литература
Источник | Описание источника |
«Ключи к экологии» С.-П.: Гидрометеоиздат, 1982 | Основы экологии |
https://ru. wikipedia. org/wiki/ | Характеристика методов очистки воды |
http://usadba. guru/kanalizaciya/stochnye-vody. html/ | Методы очистки сточных вод |
http://www. bibliotekar. ru/spravochnik-109-kanalizacia/123.htm | Методы очистки сточных вод |
http://1pokanalizacii. ru/ustrojstvo/ochistka-stochnyx-vod. html | Строение очистных фильтров |
http://www. trade-house. ru/ | Строение очистных фильтров |
http://www. oil-filters. ru/sewage_water_treatment. php#wastewater_treatment_systems_and_plants | Строение очистных фильтров |
http://plecteco. ru/opsv | Проблемы очистки сточных вод |
http://www. vododelo. ru/ochistka-vody/sv/himicheskaya-ochistka-stochnyh-vod. html | Очистка сточных вод |
http://www. bwt. ru/useful-info/?ELEMENT_ID=515 | Очистка сточных вод |
http://www. /kreaction/Page-1.html | Качественные реакции на химические элементы |
http://www. lic39.ru/wp-content/uploads | Качественные реакции в неорганической химии |
http:///remont/santex/ochistka-vody-ot-zheleza. html | Очистка воды от железа |
https://www. forumhouse. ru/threads/17893/ | Очистка воды от железа |
http://www. ubu. ru/kazan/posuda_i_tovary_dlya_kukhni/filtry_dlya_ochistki_vody_486621 | Строение фильтров для очистки воды |
http://rus. aquadisain. ee/publ/nature_aquarium/aktivirovannyj_ugol_v_filtre/19-1-0-207 | Активированный уголь |
https://ru. wikipedia. org/wiki/%D0%A6%D0%B5%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D1%82%D1%8B | Цеолиты |
http://ochistivodu. ru/filtry-dlia-kottedzha/ionoobmennyi-filtr-dlia-vody | Ионообменные смолы |
http://vse-o-vode. ru/industry/ochistka/sorbenty-dlya-ochistki-vody/ | Виды сорбентов в фильтрах |
http://sitewater. ru/ximicheskaya-ochistka-vody. html | Химическая очистка воды |
http://www. stokvod. ru/kanalizaciya/elementy/normy-potrebleniya-vody. html | Нормы потребления воды человеком |
http://www. hgaqua. ru/?m=57&page=35 | Фильтрация воды |
http://msd. /apparaty-ximicheskoj-texnologii/uravneniya-filtracii/ | Расчет скорости фильтрации |
http://teplosniks. ru/vodosnabzhenie/raschet-proizvoditelnosti-filtra-dlya-vody. html | Расчет производительности фильтров для воды |
http://www. colady. ru/vidy-bytovyx-filtrov-dlya-vody-kakoj-filtr-vybrat-dlya-doma | Характеристика бытовых фильтров для воды |
http://www. /reference/snip/2-04-02-84/7/ | Нормативная документация во водоснабжению |
Приложения
Приложение 1
Структура коммунальных платежей
Приложение 2
Схема круговорота воды в квартире
Приложение 3
Усредненные характеристики качества бытового стока, отводимого абонентами жилищного фонда населенных пунктов
№ | Перечень загрязняющих веществ | Концентрация, мг/л |
1 | Взвешенные вещества | 110 |
2 | БПК полн. | 180 |
3 | ХПК | 250 |
4 | Жиры | 40 |
5 | Азот аммонийный | 18 |
6 | Хлориды | 45 |
7 | Сульфаты | 40 |
8 | Сухой остаток | 300 |
9 | Нефтепродукты | 1,0 |
10 | СПАВ (анионные) | 2,5 |
11 | Фенолы | 0,005 |
12 | Железо общее | 2,2 |
13 | Медь | 0,02 |
14 | Никель | 0,005 |
15 | Цинк | 0,1 |
16 | Хром (+3) | 0,003 |
17 | Хром (+6) | 0,0003 |
18 | Свинец | 0,004 |
19 | Кадмий | 0,0002 |
20 | Ртуть | 0,0001 |
21 | Алюминий | 0,5 |
22 | Марганец | 0,1 |
23 | Фториды | 0,08 |
24 | Фосфор фосфатов | 2,0 |
Приложение 4
Приложение 5
Методы очистки сточных вод
Приложение 6
Технологическая схема очистки сточных вод
Приложение 7
Виды фильтров
Приложение 8
Строение фильтра для очистки бытовых сточных вод
Приложение 9
Схема строения фильтра №1
Приложение 10
Схема строения фильтра №2
Приложение 11
Схема резервуара химической очистки
Приложение 12
Приложение 13
Таблица «Показатели расхода воды на одного человека в сутки»
Приложение 14
Таблица «Скорость фильтрации»
Скорость фильтрования | Давление, под которым они работают | Количество фильтрующих слоев |
|
|
|
Приложение 15
Приложение 16
