Методические рекомендации по выполнению лабораторной работы №7 По дисциплине: «Естествознание» Наименование работы: «Очистка загрязненной воды»



Скачать 111.84 Kb.
Дата26.04.2016
Размер111.84 Kb.
ТипМетодические рекомендации
Образовательное учреждение

среднего профессионального образования
«Казанская банковская школа (колледж) Центрального банка Российской Федерации»




ОДОБРЕНО

на заседании комиссии математического и общего естественнонаучного цикла

Протокол № __ от «__»________2013 г.

Председатель комиссии

_________________ А. Я. Драпкин


УТВЕРЖДЕНО

Заместитель директора

__________ Р.У. Тихонова

Пр. № __от «__»_______ 2013 г.











Методические рекомендации

по выполнению лабораторной работы №7
По дисциплине: «Естествознание»

Наименование работы: «Очистка загрязненной воды»

По специальности:080110 «Банковское дело» (базовая и углубленная подготовка)
Работа рассчитана на 2 часа

Казань 2013



ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

Тема: «Очистка загрязненной воды»

Цели урока:

1. Образовательная: научиться очищать воду от механических и химических примесей и уметь определять содержание примесей в воде. Закрепить навыки написания уравнений химических реакций диссоциации солей.

2. Развивающая: развивать навыки решения задач, логическое мышление и творческое воображение. Формирование умений пользоваться теоретическими и экспериментальными методами химической науки для обоснования выводов по изучаемой теме.

3. Воспитательная: развитие самостоятельности, взаимопомощи.



Формируемые компетенции: ОК 2, ОК 4, ОК 8, ОК 11.

Литература: Алексашина И.Ю., Галактионов К.Н., Дмитриев И.С. под ред. Алексашиной И.Ю. Естествознание 10 класс (базовый уровень) - М.: Просвещение, 2010, Гл.3, §48, стр.146-148. Гл. 4, §62, стр.190-193.

Карпенков С.Х. Современное естествознание Гл. 5, §3, стр.244-252.



Оборудование: круглодонная колба, термометр, прямой холодильник, аллонж, насадка Вюрца, приемник, перманганат калия, делительная воронка, фильтровальная бумага, спиртовая горелка, электрический чайник, секундомер.

Инструктаж по технике безопасности и проведению эксперимента. (5 мин.)

Контрольные вопросы допуска

    1. Назовите способы очистки загрязненной воды.

    2. Дайте определение химического загрязнения воды.

    3. Перечислите существующие методы очистки воды.


Порядок выполнения работы:

1. Проводим очистку воды разными способами:

Опыт № 1. Очистка воды методом фильтрования.

Приготовьте делительную воронку, поместив в неё фильтр. Вылейте на фильтр воду с механическими примесями. Что наблюдаете?

Опыт № 2. Очистка воды методом перегонки.

Соберите устройство для перегонки воды. Изучите работу прибора. Перегоняем воду с перманганатом калия.

Опыт № 3. Очистка воды методом отстаивания. Набираем воду из под крана и отстаиваем ее в течении 2 суток.

Опыт № 4. Очистка воды методом вымораживания. Воду из под крана наливаем в плоскую посуду и помещаем в морозильную камеру холодильника, когда вода наполовину замерзнет, декантируем незамерзшую часть. Замерзшую воду размораживаем.



  1. Результаты очистки анализируем по качеству полученной воды. Проводим серию измерений времени закипания одинакового количества образцов воды (из под крана, профильтрованную, вымороженную, отстаявшуюся, перегнанную, бутилированную) в электрическом чайнике.

  2. Результаты оформляем в виде диаграммы.

  3. Делаем выводы о качестве воды и использованных методах очистки.


Форма отчета о работе: диаграмма и выводы в тетради для лабораторных работ.
Краткие теоретические сведения
Получение чистой воды – очень важная проблема. Чистая вода необходима многим отраслям современной промышленности, она используется для проведения многих технологических процессов. Очищенная питьевая вода применяется в бытовых целях. В природной воде всегда имеются механические примеси и растворённые вещества. Вода – прекрасный растворитель и поэтому невозможно встретить в природе жидкую «чистую» воду, то есть ту воду, в которой не растворены неорганические и органические вещества. В результате жизнедеятельности человека количество загрязняющих воду веществ постоянно растёт, и на сегодняшний день их насчитывается более 50 000. Поэтому проведение тестов на определение концентрации такого количества химических веществ, которые могут присутствовать в воде, просто невозможно.

Традиционно для оценки качества воды используют физические, санитарно - бактериологические и химические показатели.

К физическим показателям относят температуру, запахи и привкусы, цветность и мутность.

К санитарно-бактериологическим показателям относят бактериальную загрязнённость воды, загрязнённость кишечной палочкой, содержание в воде токсичных и радиоактивных микрокомпонентов.

К химическим показателям относят водородный показатель воды рН, жёсткость и щёлочность, минерализацию, а также содержание главных ионов. Качество воды определяется содержанием ионов, обуславливающих жёсткость воды, а также ионов тяжёлых металлов Рb2+, Рg2+, Cr3+, Fe3+, SO42-, Cl-, Mg2+, которые часто встречаются.

Технологии очистки воды и принципы работы очистных устройств можно условно разделить на физико-химические, биологические и механические.



Химический процесс очистки воды, как правило, заключается в ее хлорировании или озонировании. Иногда, в особых случаях, используются и иные технологии.

Сейчас способ очистки воды хлорированием уже устарел и постепенно уходит в прошлое, но раньше он повсеместно применялся на крупных станциях водоподготовки. Озонирование же – технология хоть и хорошая, но весьма дорогостоящая и сложная, поэтому широкого распространения он не имеет.

Существуют и другие химические способы очистки воды, применяемые индивидуально. Есть специальные препараты, входящие в различные комплекты выживания, с помощью которых можно обрабатывать небольшие объемы загрязненной и изначально непригодной для употребления воды.

Под физическими способами очистки воды подразумевается, как не сложно догадаться, некое физическое воздействие. Простейшей физической технологией водоочистки можно назвать, пожалуй, кипячение. Кипячение, с одной стороны, полностью очищает воду от любых болезнетворных организмов, но с другой стороны, такой принцип очистки воды не позволяет избавиться от различных химических загрязнений и может применяться лишь в ограниченных объемах.

Другая технология физической очистки – это облучение воды ультрафиолетом. Надо отметить, что это актуальный и современный метод очистки воды, применяемый массово на крупных объектах водоочистки. В процессе очистки воды облучением уничтожаются все вредные микроорганизмы, а вода при этом не обрабатывается вредными для здоровья химикатами.

Технология вымораживания заключается в том, что чистая вода замерзает быстрее раствора солей.



Механические технологии водоочистки предполагают использование всевозможных фильтров. Фильтры бывают разные: грубые – для очистки воды от крупного мусора и песка – и тонкие – позволяющие отфильтровать очень мелкую пыль, а некоторые механические устройства очистки воды помогают удалить даже химические примеси и микроорганизмы.

Биологический метод очистки воды заключается в использовании микроорганизмов, способных питаться органическими веществами и тем самым уничтожать их, очищая воду от коллоидных примесей и тонких суспензий.

Конечно, при применении новых методов очистки воды вышеперечисленные способы, для достижения наилучшего результата, как правило, комбинируются. Фильтры высокотехнологичных устройств очистки воды могут сочетать в себе и химические, и механические, и биологические принципы работы.

Современные системы очистки воды бывают, как правило, многоступенчатыми, и в каждой его «ступени» применяется последовательно тот или иной метод очистки воды от загрязнений. В статьях этого раздела мы более подробно осветили все эти современные методы очистки воды.

Биологические методы очистки воды заключаются в том, что микроорганизмы в процессе переработки органики, являющейся для них питательными веществом, воздействуют на процессы окисления и восстановления различных органических субстанций. Подобные субстанции образуют коллоидные системы или тонкие суспензии, рассеянные в канализации. В ходе такой переработки сточных вод, микроорганизмы очищают воду от твердых и жидких продуктов жизнедеятельности человека и хозяйственно-бытовых органических загрязнений.

Очистные системы, реализующие биологические методы очистки воды условно можно подразделить на естественные и искусственные сооружения:


  1. Очистные системы, обрабатывающие воду в условиях, приближенных к естественным обстоятельствам.

Суть их работы заключается в том, что очистные сооружения фильтруют сточные воды через почву или водоемы. Таким образом, при помощи данных систем можно очищать как поля орошения или фильтрации, так и естественные проточные водоемы (пруды, ручьи и т.д.).

В отличие от искусственных систем очистки воды, здесь микроорганизмы обеспечиваются кислородом, поступающим извне, без каких-либо дополнительных способов аэрации.



  1. Очистные системы, работающие в искусственно созданных условиях.

Биологический метод очистки воды в данных системах заключаются в том, что микроорганизмы очищают сточные воды в аэротенках, а также аэро- и биофильтрах. В процессе функционирования искусственно созданных систем, микроорганизмы могут дышать кислородом благодаря механической аэрации или диффундированию кислорода через поверхность очищаемых вод (реаэрации).

Такая очистка воды более интенсивна, чем та, что проводится в естественных условиях. Она способствует более быстрому развитию микроорганизмов и, соответственно, благотворно влияет на активность их работы.

Физико-химические методы очистки воды используются для обеззараживания жидкости и ликвидации органических частиц, образующих мелкодисперсные и коллоидные массы в канализационных системах. Помимо того, химическая водоочистка позволяет избавиться от нежелательных ионов, кислот и оснований.

Физико-химическая очистка воды основывается на:



  • фильтрации и гиперфильтрации;

  • флокуляции и коагуляции;

  • нейтрализации;

  • деструкции.

Если не вдаваться в подробности, не пытаться рассматривать все нюансы физических и химических методов очистки воды и объяснить все общедоступным языком, то можно выделить такие принципы очистки воды.

Фильтрация как способ химической водоочистки


Смысл фильтрации состоит в том, что при помощи некоторых средств (например, ионообменных смол) можно отделить от жидкости загрязняющие вещества и элементы и тем самым произвести физико-химическую очистку воды.

Проходя через фильтр для очистки воды, содержащий слабо- и сильнокислотные катиониты и аниониты, жидкость очищается за счет того, что при вступлении в реакцию обмена, нежелательные элементы и частицы оседают на ионообменных смолах.

Данный метод химической очистки воды достаточно полезен тем, что он позволяет выделить из жидкости вполне определенные вещества и оставить те элементы, которые в фильтрации не нуждаются.

Гиперфильтрация


Физико-химическая очистка воды посредством гиперфильтрации, заключается в применении метода обратного осмоса. Суть процесса состоит в том, что специальная мембрана позволяет очень тщательно отсеять загрязняющие элементы и пропустить чистую воду. Гиперфильтрация как правило нуждается в заблаговременной механической очистке воды от крупных частиц.

Флокуляция и коагуляция


Флокуляция и коагуляция – химические методы очистки воды, вызывающие взаимодействие химических элементов с коллоидными и мелкодисперсными примесями, позволяющее очистить воду посредством вступления их в соответствующую реакцию. После подобной очистки, в воде появятся некие «хлопья», которые без каких-либо затруднений можно механически удалить или отфильтровать.

Нейтрализация


Этот химический метод очистки воды состоит в применении нейтрализующих веществ (соды, извести, аммиака и так далее). Вступая во взаимодействие с загрязняющими воду элементами, щелочные реагенты позволяют очистить жидкость от различных кислот.

Деструкция


Деструкция – это разложение нежелательных веществ на вполне безвредные составляющие.

Физико-химические методы очистки воды достаточно разнообразны и способы их применения зависят от потребностей и финансовых возможностей заказчиков.

Электрохимическая очистка воды базируется на окислительно-восстановительных реакциях и представляет собой, собственно, воздействие электрического тока на сточные воды. Если говорить более доступным языком, можно сказать, что сильный ток делит воду на «живую» и «мертвую» и тем самым очищает ее.

Электрохимическая очистка воды достаточно экономична и весьма распространена в России в связи с тем, что может быть довольно продуктивной при очень маленьких финансовых затратах. Тем не менее, за рубежом, подобный метод не используется для бытовых вод, а применяется исключительно для промышленной очистки воды.

Электрохимическая очистка воды позволяет уничтожить все микроорганизмы, но при этом, она может негативно повлиять на различные органические вещества. В связи с тем, что в воде могут содержаться совершенно разные микроорганизмы и вещества, а точный анализ сточных вод, как правило, не делается, результат воздействия тока на эту воду никто предсказать не сможет. Соответственно, из-за непредсказуемой реакции веществ в воде, в ходе ее очистки могут получиться не очень безопасные соединения.

Очистка воды серебром известна людям уже много веков и благотворное воздействие серебра используется повсеместно. Бактерицидное действие металла связано с тем, что ионы серебра соединяются с оболочками бактерий и их ферментными системами и тем самым очищают воду.

Тем не менее, мало кому известно, что очистка воды серебром – далеко не самый идеальный способ дезинфекции, несмотря на рекламные похвальбы различных средств массовой информации в адрес таких установок очистки воды. Дело в том, что серебро – это ни что иное, как тяжелый металл, и оно может повредить здоровью не меньше, чем свинец, кобальт и иные подобные, подчас ядовитые, вещества. Серебро может постепенно накапливаться в нашем организме, что впоследствии способно привести к отравлению металлом.

Очистка воды серебром может остановить рост бактерий – именно такое – бактериостатическое – действие оказывают разрешенные концентрации серебра (50 мкг/л). Убить микроорганизмы смогут только очень высокие концентрации серебра, однако для очистки воды они запрещены. Кроме того, некоторые микроорганизмы нечувствительны к серебру, поэтому, независимо от объемов используемого металла, они будут размножаться.

Соответственно, серебро нельзя назвать идеальным материалом для очистки воды. Серебро уместно скорее не для очистки, а для долгого хранения воды в различных удаленных от источника воды объектах, вплоть до космических станций. Также серебро можно использовать для производства очистительных фильтров, созданных с применением активированного угля. В данном случае серебро поможет избежать накопления на фильтре бактерий. Микроорганизмы очень любят органические вещества, накапливающиеся на фильтре, а серебро позволит предотвратить их рост.

Доведение воды до состояния питьевой


Наиболее эффективным методом подготовки питьевой воды является метод очистки воды по принципу обратного осмоса. С помощью этого метода можно проводить глубокую очистку воды со степенью очистки 97-99%. Разделение воды и содержащихся в ней веществ достигается с помощью полупроницаемой мембраны. Сами мембраны изготавливаются из различных материалов, например, полиамида или ацетатцеллюлозы и выпускаются в виде полых волокон или рулонов. Через микроскопически малые поры этих мембран (размер порядка 0,0001 микрона), могут пройти только молекулы воды и кислорода, а микроорганизмы, растворенные в воде соли и органические соединения и т.п. задерживаются мембраной.

Перед подачей воды на обратноосмотическую мембрану её необходимо предварительно подготовить: отфильтровать механические примеси и, при необходимости, очистить от хлора. Всё необходимые задачи в комплексе решаются с помощью бытовых (под кухонную мойку), коммерческих (кафе, рестораны и т. п.) и промышленных (высокопроизводительных) обратноосмотических систем. Особые преимущества этих систем заключаются в их высокой экологической безопасности.



При очистке воды методом обратного осмоса получают питьевую воду высшего качества без применения для очистки химических реагентов!

На практике при решении задачи получения чистой воды для бытовых или производственных нужд, требуется обязательное проведение анализа состава воды. И только после него можно говорить о выборе методов очистки воды и о количестве ступеней очистки, входящих в систему.

Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал