Исследовательская работа на тему: Альтернативный способ очистки воды»

УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ АДМИНИСТРАЦИИ СЕРГИЕВО­ПОСАДСКОГО МУНИЦИПАЛЬНОГО РАЙОНА МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Хотьковская основная общеобразовательная школа № 4» 141371 г. Хотьково, ул. Пушкина д. 11 Тел. 8 (496) 543­88­52 «Ярмарка идей ­ 2019» Исследовательская работа по теме: «Альтернативный способ очистки воды» Работу выполнила уч­ся 9 класса Морозова Валерия  Руководитель : учитель биологии высшей категории Макарова Елена Анатольевна 1 2018 г. Содержание. 1. Введение__________________________________________ 3 стр. 2. Основная часть_____________________________________4 стр. 1.1. Способы очистки воды___________________________          4­ 8 стр. 1.2 Морфология и физиология чайного гриба_________________ 9­10 стр. 3.Эксперементальная часть________________________________11 стр 4.Заключение____________________________________________12 стр 5 Список литературы_____________________________________ 13 стр 6. Приложение___________________________________________14­17 2 Введение Роль водного баланса в жизни человека очень важна, нужно ежедневно  пополнять запасы жидкости в организме. Для хорошего самочувствия и  здоровья требуется примерно восемь стаканов в день. Нарушение баланса  может привести к развитию заболеваний пищеварительной и кровеносной  системы и кишечника, что неминуемо отразится на всем организме. Человек, испытывающий недостаток влаги в организме, чувствует головную  боль, усталость, повышается давление. Если же употреблять достаточное  количество жидкости в течение всего дня, можно избежать проблем со  здоровьем. Какая вода  пригодна для человека? Этот вопрос, пожалуй, задавал себе  каждый. Большинство людей считают  лучшим способом очистки воды  кипячение.  Кипяченую воду многие из нас считают  чуть ли не целебным  напитком, пригодным в питье. Так  ли это?  Вода и правда становится чище,  но при кипячении меняется полностью ее состав, выпадает в осадок соль и  другие частицы  примесей. Полностью убивает кипячение и полезные, и  вредные  для человека микроорганизмы.  В своей работе я решила предложить альтернативный способ очистки воды с  помощью чайного гриба –Медузомицета. Цель работы: Исследование очистки воды с помощью чайного гриба Задачи:  Изучить особенности морфологии и физиологии чайного гриба. Рассмотреть известные способы очистки воды. Исследовать метод очистки воды чайным грибом 1. 2. 3. 3 Актуальность моей работы заключается в том , что в настоящие время  проблема очистки воды от нефтепродуктов  стоит очень остро. Нужны  методы  экологически безопасные.  1.Основная часть Существует несколько видов и способов очистки питьевой воды. Мировая концепция очистки и обеззараживания воды состоит в том, что  доведение воды до уровня высшего качества целесообразно производить в  месте ее потребления. В ином случае, возможно вторичное загрязнение воды,  так как качество водопроводной сети достаточно низкое и в воду попадают  вторичные загрязнители в виде механических примесей, различных  химических и органических соединений, а также в виде бактериальных  загрязнителей, что говорит о целесообразности применения систем очистки  непосредственно в квартирах, коттеджах и др. Государственными нормами предусмотрен расход воды на каждого человека  от 250 до 650 литров в сутки. При этом менее 1% используется  непосредственно для питья и приготовления пищи. Поэтому в  централизованных системах водоснабжения нецелесообразно очищать воду до высокого класса. В жилище человека должно быть три вида воды: водопроводная, бытовая и  питьевая. Водопроводная ­ это вода, поступающая после очистки на предприятиях  “Водоканала” из водопроводной сети или из скважины. Бытовая ­ это вода, прошедшая первый уровень доочистки, который  включает грубую или тонкую механическую фильтрацию (обязательную для  воды из скважин), а также систему специальной обработки воды,  предотвращающую образование накипи на водонагревательных установках, в  стиральных машинах, и пригодную для мытья (например, системы умягчения  воды или обработка воды магнитным полем). 4 Питьевая ­ это вода, используемая для питья и приготовления пищи. В настоящее время существует множество различных технологий очистки и  обеззараживания воды.  Простому потребителю трудно разобраться в преимуществах одних и  недостатках других технологий. Чтобы сделать правильный выбор,  необходимы хотя бы минимальные знания о воде и различных технологиях ее  очистки и обеззараживания.  Самыми популярными методами очистки воды являются:  механические  физико­химические  биологические Механические методы очистки воды — одни из самых дешевых.  Механическая очистка сточных вод очищает бытовые жидкости от  взвешенных частиц на 60­65%, от нерастворимых грубодисперсных  элементов на 90­95%. К механическим методам очистки относятся: Процеживание. Метод процеживания основан на поэтапной фильтрации  воды. На первом этапе вода проходит через сетку, задерживающую  крупный мусор. Далее вода пропускается через сетку с меньшей длиной ячейки. На последнем этапе размер ячейки сетки минимален, что  позволяет задерживать мельчайшие частицы. Отстаивание. Метод используют с целью улучшения качества воды в  замкнутых системах водоснабжения. Во время отставания частицы с  большей плотностью оседают на дне, в то время как частицы с  плотностью меньше, чем плотность воды всплывают на поверхность. Фильтрование. Грязная вода проходя сквозь фильтрующий материал  оставляет все ненужные взвеси в фильтре. Выделяют различные виды  фильтров. Наиболее распространены: сетчатые, вакуумные. Для  активной очистки воды используют центрифуги и гидроциклоны. Мусор в них скапливается на стенках под влиянием центробежной силы. К физико­химическим методам очистки воды относятся:  Коагуляция. Метод имеет эффективность до 95%. Начинается  очистка воды с того, что в воду добавляются активные коагулянты:  5 Соли аммония, меди, железа. Вредные вещества выпадают в осадок,  после чего удаляются без труда. Метод используется на многих  предприятиях текстильной, легкой, нефтехимической,  целлюлозабумажной, химической и др. Хорошим коагулянтом  считается двухвалентное железо FeSО4, которое является отходом  процесса травления стали. Травильные стоки содержат до 15 % железа.  При его использовании очистка по ХПК – до 75%, мутность снижается  до 90%, количество фосфора – на 98%, бактерий – до 80%.  Адсорбция. При адсорбции адсорбент впитывает в себя все вещества и  примеси, не задерживая при этом ток воды. Популярные адсорбенты:  уголь, торф, цеолиты, бентонитовые глины. В зависимости от вида  используемого адсорбента и удаляемого  химического вещества можно  достигнуть эффективности до 95%.  Флотация. Флотация основана на образовании воздушных пузырьков,  которые поднимают примеси вверх. Образуется слой пены, которую  легко удалить. Метод действенен при обработке сточных вод от  нефтепродуктов, волокнистых частиц, масел и других веществ. Вода  после флотации может направляться на внутренние нужды предприятия или подвергаться более тщательной очистки.  Экстракция. Используют для удаления со сточных вод органики,  которую впоследствии перерабатывают: жирные кислоты,  фенолы. Здесь работает физико­химический закон распределения: при  активном перемешивании двух нерастворимых жидкостей всякое  вещество, растворенное в одной из них, начнет распределяться согласно своей растворимости. После выделения первой жидкости из второй,  одна из них будет частично очищена. Когда примеси начинают  скапливаться в экстракционном слое, покидая воду, экстракт  удаляется. Для эффективности очистки сточную воду подвергают  экстракционной очистки несколько раз.  Ионный обмен. Иониты твердой фазы и ионы в растворе происходит  обмен. Благодаря этому можно забирать из сточных вод нужные  радиоактивные вещества и примеси: фосфор, мышьяк, ртуть, свинец и  др. Особо результативен ионный обмен при высокой токсичности воды.  Диализ. В процессе диализа полупроницаемая мембрана освобождает  коллоидные растворы и низкомолекулярные соединения из  высокомолекулярных веществ. Низкомолекулярные вещества способны  пройти через мембрану. Главный недостаток диализа – долгий период  очистки. Для ускорения процесса прибегают к увеличению активной  площади и повышают температуру. Диализ объединяет в себе осмос и  диффузию. 6  Кристаллизация. Удаление кристаллов примесей. Применяется в  водоемах и прудах выпариванием. Возможно только при высоком  содержании примесей. Биологические способы(методы) очистки воды  основаны на использовании  живых организмов. Несмотря на очевидность метода, биологическая очистка  является наиболее передовым и перспективным направлением в очистке  сточных вод. Для осуществления процесса обычно используются бактерии  различных видов, но также это могут быть низшие грибы и водоросли,  простейшие и даже некоторые многоклеточные, такие как красные черви и  мотыль. Одной из особенностей биологического метода очистки является  возможность подбора определенных живых организмов для оптимальной  очистки сточных вод заданного химического состава. Так нитрофицирующие  бактерии, такие как Nitrobacter и Nitrosomonas, способны окислять  азотосодержащие соединения в процессе питания, а фосфат аккумулирующие  организмы применяются для очистки воды от фосфора. Скопление  микроорганизмов, используемое при биологической очистке, называется  активным илом. Он представляет собой темно­коричневую или черную  жидкую массу с землистым запахом, которая при отстаивании образует  оседающие хлопья. Благодаря этому активный ил может быть сравнительно  легко отделен от воды после завершения процесса очистки. Сами  микроорганизмы, как правило, находятся в активном иле не поодиночке, а в  составе колоний, называемых зооглеи. В зависимости от состава очищаемой  воды и условий проведения процесса очистки зооглеи могут иметь различную  форму: шарообразную, древовидную и т.д. В общем случае все используемые в биоочистке микроорганизмы можно  разделить на две большие группы, определяющие характер проведения  процесса: аэробные и анаэробные. Аэробные организмы потребляют кислород  в процессе питания, необходимый им для окисления веществ. В свою очередь  7 анаэробные организмы не нуждаются в кислороде. Для процесса очистки  использование микроорганизмов того или иного типа определяет характер  проведения процесса и необходимое для его осуществления оборудование. Биологическая очистка может проводиться в следующих условиях:  биологические пруды; поля фильтрации; биофильтры; аэротенки (окситенки); метантенки. В первых двух случаях используются крайне простые сооружения. Биологический пруд – это естественный или искусственный водоем с, как правило, естественной аэрацией,  в котором обитают микроорганизмы активного ила. Поле фильтрации представляет  собой участок почвы (песок, глина, суглинок или торф), через который осуществляют  фильтрацию воды и ее очистку за счет содержащихся в почве микроорганизмов.  Сооружения такого типа неспособны работать с сильнозагрязненными водами при  большом расходе. В тоже время они почти не требуют эксплуатационных затрат и  постоянного контроля со стороны человека. Биофильтр – это сооружение, в котором очистка воды осуществляется путем  фильтрации через слой загрузочного материала, покрытого слоем аэробных  микроорганизмов, который также называется биопленкой. Для обеспечения  достаточного количества кислорода, необходимого организмам для биоразложения  загрязнителей, предусматривается воздухораспределительная система. Однако  аэрация может осуществляться и естественным путем. Аэротенк является более сложным очистным сооружением, в котором аэрация  осуществляется искусственным образом. Как следует из описания, в нем проводится  очистка аэробными микроорганизмами. Перед подачей в аэротенк вода  предварительно смешивается с активным илом. Аэрация в аэротенке не только  насыщает среду кислородом, стимулируя процессы биоразложения загрязнений, но и  8 обеспечивает дополнительное перемешивание. Обычно для аэрации используется  атмосферный воздух, но в случае окситенков вместо него используется технический  кислород, что значительно увеличивает эффективность процесса. Биологическая очистка сточных вод анаэробными организмами преимущественно  проводится в метантенках. Отличительной особенностью такой очистки является  отсутствие потребности в кислороде и получение биогаза в качестве продукта  жизнедеятельности анаэробных бактерий. Также в метантенк обычно подается не  сама вода, а выпадающий в отстойниках концентрированный осадок, который  необходимо подвергнуть брожению. Для интенсификации процесса брожения в  метантенке может быть предусмотрен дополнительный подогрев. При этом выделяют  мезофильное сбраживание, проводимое при 30­35 °C, и термофильное сбраживание,  проводимое при 50­55 °C. Сам процесс анаэробного разложения достаточно сложен и  протекает в несколько стадий, а на завершающей стадии происходит образование  метана, являющегося экологически чистым топливом. 1.2.Морфология и физиология чайного гриба Чайный гриб представляет собой живой симбиотический организм,  образованный дрожжевыми грибками и уксуснокислыми бактериями.  Медузомицет – такое научное название дано чайному грибу германским  микологом Линдау, несмотря на то, что гриб и медуза не имеют ничего  общего, кроме внешнего сходства. Культивируют чайный гриб с целью  получения освежающего напитка для ежедневного употребления, а также для  профилактики и лечения многих заболеваний. Чайный гриб — это удивительный пример сожительства двух разных  микроорганизмов. Дрожжевой гриб (Schizosaccharomycodes ludwigii) и  бактерии (чаще Acetobacter xylinum) образуют огромную колонию, внешне  похожую на медузу. Верхняя ее часть — блестящая и плотная, нижняя играет  роль ростковой зоны и имеет вид многочисленных свисающих нитей. Именно  тут происходят удивительные превращения обычного сахарного раствора и  чайной заварки (4­6%­ный раствор сахара в слабом чае) в комплексе полезных для человеческого организма целебных веществ. Жидкость приобретает  приятный кисло­сладкий вкус и превращается в слегка газированный напиток  ­ чайный квас. 9 Дрожжевые грибки и уксуснокислые бактерии широко распространены в  природе, обитая на поверхности ягод и плодов. В составе чайного гриба  найден новый микроорганизм Bacterium gluconicum, он способен  перерабатывать глюкозу (виноградный сахар) в глюконовую кислоту, которая  обладает антибиотическим свойством. В промышленных условиях чайный  гриб может достигать огромных размеров ­ до 100 кг. Размножается гриб  нарастающими слоями – тонкими пластинами из материнского организма,  которые затем помещают в отдельную емкость с питательной жидкостью.  Можно вырастить молодой гриб из кусочка, взятого от зрелого чайного гриба. В природных условиях чайный гриб обитает в регионах Азии, а именно в  канавах с теплой водой, которая омывает рисовые поля. Как  «окультуренный» живой организм, чайный гриб растет и размножается в  домашних условиях в питательной среде (сахарно­чайном растворе). Гриб  культивируют во многих европейских странах, в том числе и в России, на  Украине.  Чтобы вырастить чайный гриб в домашних условиях, берут отросток от  материнского готового гриба у тех, кто занимается культивированием гриба.  Гриб помещают в 10% сахарный раствор черного либо зеленого чая. Сахар  нельзя сыпать непосредственно на гриб, поскольку организм реагирует на это  изменением цвета верхнего слоя гриба (образуются ожоги – темные пятна на  поверхности тела гриба). В чае содержатся пурины – активные вещества,  необходимые для жизнедеятельности бактерий. В настое чайного гриба  содержатся глюконовая, лимонная, уксусная, молочная, фосфорная,  яблочная, щавелевая, койевая кислоты, этанол, ферменты (протеаза, липаза,  амилаза), витамины группы В, витамин РР, C, кофеин, сахар, этиловый спирт,  винный спирт.  Экспериментально установлено, что настой чайного гриба обладает  выраженными метаболическими свойствами, восстанавливает структуру  клеток, что выражается в хорошем самочувствии человека. Напиток может  быть рекомендован при ряде желудочно­кишечных заболеваний, гипертонии,  атеросклерозе. На основе чайного гриба был выделен антибиотик ­ медузин  (Е. К. Наумова), а в прошлом столетии ученые заговорили о его  бактерицидном действии. В 1955 году настой чайного гриба начали применять для терапии острой дизентерии у детей. В ходе исследований  А. Т.  Михайловой, Е. С. Златопольской установлен противомикробный или  антибиотический эффект, благодаря накоплению за период роста чайного  гриба в своем составе антибиотического вещества медузина. 10 Родиной чайного гриба по праву считают Цейлон, поскольку местные жители   впервые начали выращивать чайный гриб с целью получения из него целебного омолаживающего напитка. О пользе чайного гриба знали еще за 250 лет до н.  э, в китайской династии Хань. Китайцы наименовали его «эликсиром  бессмертия и здоровья». Из Цейлона чайный гриб распространился в Индию,  затем в Маньчжурию, Восточную Сибирь. 2.Экспериментальная часть Для своего эксперимента мы использовали специально выращенный молодой  чайный гриб. Гриб вырос в  питательной среде приготовленной из черного  листового чая и сахара.  Как только гриб окреп в питательную среду было  добавлено машинное масло для двигателя. Моторное масло это минеральное,  синтетическое и  полусинтетическое   масло.  На поверхности раствора с  чайным грибом образовалось масленое пятно. Машинное масло по  химическому составу это смесь углеводородов. В течение трех дней   наблюдая визуально было замечено  постепенное уменьшение площади пятна  на поверхности. С помощью индикатора проведено исследование ,которое  показало что рН среды 5­6. Это значит , что среда слабо кислая. На основания полученного результата можно сделать вывод: в растворе машинного масла  нет , так как рН среды масла равно 9­10. Для чистоты эксперимента я решила  провести опыт по проверки наличия масла в растворе 11 Для этого нам понадобиться химический препарат под названием камфара. Я брошу её в каждый образец, и если камфара начнёт кружиться, это значит, что в растворе присутствуют масла. Я добавлю в опытные образцы раствора марганцовку, чтобы было лучше видно, перемещаются ли кусочки камфары. Ответ оказался отрицательным. Камфара спокойно себя вела. Результат опыты показало, что в растворе с чайным грибом машинное масло отсутствует 1. 2. 3. Вывод: В процессе исследования был разработан   метод очистки воды с  использования чайного гриба для доказательства выдвинутой гипотезы. Доказано, что существует альтернативный метод очистки воды. Полученные результаты говорят о том , снаряду существующими  методами очистки воды можно использовать метод очистки воды с помощью  чайного гриба .                                                   Заключение За несколько веков культивирования чайный гриб сумел приспособиться к  жизни в самых разных частях света. Эта культура удивительно легко  адаптируется к изменению температурных условий, составу питательной  среды и разным видам сахара. Даже попадая в неблагоприятные условия, чайный гриб, как правило,  выживает — уксуснокислые бактерии и дрожжевые грибки, входящие в  состав этой зооглеи, обладают свойствами накапливать внутренние запасы для поддержания жизнедеятельности «в трудные времена». 12 В своей работе я хотела показать, что существует альтернативный способ  очистки воды, который заслуживает внимания. Я считаю, что данное исследование необходимо продолжить   для того чтобы  в дальнейшем данный метод можно использовать для  очитки воды в  промышленных масштабах. Чайный гриб как биокультура возможна способна  потреблять в качестве источника пищи и другие виды загрязнения. Список литературы 1. Даниелян Л. Т. Чайный гриб (Kombucha) и его биологические  особенности. — М.: Медицина, 2005. — 83 с. 2. Кашницкий С. Жемчужины восточной медицины. — Litres, 1995. — 798  с. 3. Карелин Я.А., Попова И.А., Евсеева Л.А. и др. Очистка сточных вод  нефтеперерабатывающих заводов ­ М.: Стройиздат, 1982. 13 4. Минаков В.В., Кривенко С.М., Никитина Т.О. Новые технологии  очистки от нефтяных загрязнений // Экология и промышленность  России. ­ 2002. ­ май С. 7­9. 5. Щеглова А. Чайный гриб. Чудо­целитель в трехлитровой банке. —  РИПОЛ классик, 2014. — 110 с. 14 Приложение 15 16 17 18 19