Исследовательская работа
Фирсов Артём Геннадьевич
Естественно-технический лицей
Саранск 2004
Введение
Дождевая вода хорошо усваивается организмом и содержит минимальное количество вредных примесей. Она способствует более качественному перевариванию и усвоению пищи. Сохраняет влагу кожи и поддерживает ее в равновесии. Но все это относится к чистой дождевой воде. В нынешних условиях состав дождевой воды зависит от того, над какой территорией образовалось облако, насколько сильно загрязнена там атмосфера. Например, соединения серы и азота, вступая в атмосфере в реакцию с водой, превращаются в кислоты и выпадают на землю в виде так называемых «кислотных» дождей. При современном экологическом неблагополучии почти каждый дождь можно назвать «кислотным». Поэтому сейчас дождевую воду нельзя не только пить, но даже мыть в ней голову и стирать белье.
Реакция организма на кислотные дожди зависит от концентрации вредных примесей в дождевой воде и времени ее воздействия. Реакции могут быть двух типов - немедленные и отсроченные. К немедленным относятся покраснение кожи, зуд. К отсроченным - выпадение волос, нарушение биохимических процессов.
В связи с этой проблемой я решил изучить химический состав дождей, которые выпадают в районе моего дома, и определить их влияние на организм человека. Также целью моей работы является выявление причин изменения химического состава дождевой воды.
1. Экология в жизни человека.
Факторы, влияющие на здоровье человека.
Кислотный дождь – это дождь рН которого меньше 5. Кислотный характер дождю придает множество химических соединений, но основными являются SO2, SO42- и NO.
Существует тесная зависимость между уровнем смертности степенью загрязнения района. При концентрации SO2 около 1 мг/м3, которая бывает зимой в Будапеште, возрастает число смертельных случаев, в первую очередь среди людей старшего поколения и лиц, страдающих заболеваниями дыхательных путей. Статистические данные показали, что такое серьезное заболевание, как ложный круп, требующее моментального вмешательства врача и распространенное среди детей, возникает по той же причине. То же самое можно сказать и ранней смертности новорожденных в Европе и Северной Америке, которая ежегодно исчисляется несколькими десятками тысяч.
Кроме оксидов серы и азота опасны для здоровья человека также аэрозольные частицы кислотного характера, содержащие сульфаты или серную кислоту. Степень их опасности зависит от размеров. Так пыль и более крупные аэрозольные частицы задерживаются в верхних дыхательных путях, а мелкие (менее 1 мкм) капли серной кислоты или частицы сульфатов могут проникать в самые дальние уголки легких.
Физиологические исследования показали, что степень воздействия прямо пропорциональна концентрации загрязняющих веществ. Однако существует пороговое значение, ниже которого даже у самых чувствительных людей не обнаруживаются какие-либо отклонения от нормы. Например, для двуокиси серы среднесуточная пороговая концентрация для здоровых людей составляет приблизительно 400 мкг/м3.
На защищенных территориях нормативы соответственно строже. В то же время ожидается, что в будущем установят еще более низкие нормативные значения. Однако опасная концентрация может оказаться еще ниже, если различные кислотные загрязняющие вещества будут усиливать воздействие друг друга, т. е. проявится синергизм. В Венгрии также установлена зависимость между загрязнением двуокисью серы и различными заболеваниями дыхательных путей (грипп, ангина, бронхит и т. д.). На отдельных загрязненных территориях Венгрии число заболеваний было в несколько раз больше, чем на контрольных территориях.
Кроме первичного прямого воздействия, естественно, на человека косвенно влияет и закисление окружающей среды. В первую очередь оно ведет к коррозии и разрушению металлов, зданий и памятников (особенно построенных из песчаника и известняка и расположенных под открытым небом).
1.2.Отрицательное влияние деятельности человека на окружающую среду.
В результате деятельности человека в атмосферу попадают значительные количества соединений серы, главным образом в виде ее двуокиси. Среди источников этих соединений на первом месте стоит уголь, сжигаемый в зданиях и на электростанциях, который дает 70% антропогенных выбросов. Содержание серы (несколько процентов) в угле достаточно велико (особенно в буром угле). В процессе горения сера превращается в сернистый газ, а часть серы остается в золе в твердом состоянии.
Источниками образования двуокиси серы могут быть также отдельные отрасли промышленности, главным образом металлургическая, а также предприятия по производству серной кислоты и переработке нефти. На транспорте загрязнение соединениями серы относительно незначительно, там, в первую очередь необходимо считаться с оксидами азота.
Таким образом, ежегодно в результате деятельности человека в атмосферу попадает 60-70 млн. тонн серы в виде двуокиси серы. Сравнение естественных и антропогенных выбросов соединений серы показывает, что человек загрязняет атмосферу газообразными соединениями серы в два раза больше, чем это происходит в природе.
К тому же эти соединения концентрируются в районах с развитой промышленностью, где антропогенные выбросы в несколько раз превышают естественные, т. е. главным образом в Европе и Северной Америке.
Среди антропогенных источников образования оксидов азота на первом месте стоит горение ископаемого топлива (Уголь, нефть, газ и т. д.). Во время горения в результате возникновения высокой температуры находящиеся в воздухе азот и кислород соединяются. Количество образовавшегося оксида азота NO пропорционально температуре горения. Кроме того, оксиды азота образуются в результате горения имеющихся в топливе азотосодержащих веществ. Сжигая топливо, человек ежегодно выбрасывает в воздух 12 млн. т. оксидов азота. Немного меньше оксида азота (8 млн. т. в год) поступает от двигателей внутреннего сгорания. Промышленность, выбрасывающая в воздух ежегодно 1 млн. т. оксида азота, не представляет собой серьезного источника загрязнения по сравнению с отоплением и транспортом. Таким образом, по крайней мере, 37% из почти 56 млн. т. ежегодных выбросов оксида азота образуются из антропогенных источников. Этот процент, однако, будет больше, если мы прибавим сюда продукты сжигания биомассы. Следовательно, в целом количества естественных и искусственных выбросов приблизительно одинаковы, однако последние, так же как и выбросы соединений серы, сосредоточены на ограниченных территориях Земли.
1.3. Способы защиты от кислотных дождей.
Наиболее эффективным способом защиты следует считать значительное сокращение выбросов двуокиси серы и окиси азота. Этого можно достичь несколькими методами, в том числе путем сокращения использования энергии и создания электростанций, не использующих минеральное топливо. Другие возможности уменьшения выброса загрязнений в атмосферу – удаление серы из топлива с помощью фильтров и регулирование процессов горения.
Лучше всего было бы использовать топливо с низким содержанием серы. Однако таких видов топлива очень мало. Удаление серы из мазута и угля – процесс очень сложный и дорогой, а в результате удается освободить всего 30-50% серы.
Количество оксида азота, который образуется при горении, зависит от температуры горения. Выявлено, что чем меньше температура горения, тем меньше возникает оксида азота, к тому же количество NO зависит от времени нахождения топлива в зоне горения и от избытка воздуха. Таким образом, соответствующим изменением технологии можно сократить количество выбрасываемого загрязняющего вещества.
2. Дождевая вода – показатель загрязнения атмосферы.
В ходе работы были исследованы 3 образца воды. Сбор каждого из них проводился в районе дома №36 по улице Евсевьева г. Саранска (частная застройка) следующим образом: на расстоянии от земли примерно 1 метр устанавливалась ёмкость, над которой ничего не было (деревья, крыши домов и т. д.). Затем собранную воду переливали в чистую посуду, отмечая дату сбора и направление ветра.
2.1. Определение рН среды.
pH определялся с помощью прибора «Ионометр универсальный ЭВ-74».
2.2.Качественный анализ дождевой воды.
Для проведения качественных реакций на различные ионы отбирали некоторое количество исследуемой дождевой воды, и, создавая нужные условия, добавляли необходимый реактив.
При добавлении к данному образцу раствора ВаСl2 в среде HCl наблюдали небольшое помутнение раствора, что свидетельствует о малом содержании в исследуемом растворе сульфат-ионов.
Наличие ионов NO3- определялось добавлением дифениламина (C6H5NHC6H5) в присутствии серной кислоты. Раствор приобрел синий цвет, что говорит о присутствии нитрат-ионов.
Для определения хлорид-ионов в исследуемом образце воды добавляли раствор AgNO3 в среде азотной кислоты. Раствор слабо помутнел. Это показывает, что ионы хлора содержаться в малом количестве.
Для определения ионов ртути (Hg2+) добавляли раствор SnCl2. Наблюдали выпадение белого осадка, что говорит о содержании ионов ртути в воде.
В связи с резким увеличением использования пресных водоемов и уменьшением их запасов, часто возникает вопрос, можно пить дождевую воду и применять ее для других нужд? Пресная вода считается одним из богатств нашей планеты. Она поддерживает жизнь людей, животных и растений. Источниками живительной влаги являются реки и озера. Чтобы защитить их обмеления и потери качества рассматриваются альтернативные варианты. Одним из них стал сбор осадков в виде дождя.
Что такое дождевая вода?
Дождь – это часть циклического перемещения водных масс, прошедших стадию испарения и конденсации. В результате этих процессов из облаков падают капли дистиллированной воды. Такая жидкость пригодна для питья, состав воды характеризуется минимальное количество солей, но не приносит вреда организму. Почему же ее использование ограничено?
Когда капля летит к земле, она присоединяет различные химические компоненты, находящиеся в воздухе. От их количества и вида зависит польза и вред осадков. Главную опасность таят оксиды азота и серы, именно они образуют кислотные дожди.
На уровень загрязнения дождевой воды влияет общая экологическая ситуация территории.
Полезные и негативные свойства дождя
В местах, где нет большого количества промышленных предприятий, водосборники по-прежнему наполняют осадками и используют для личных нужд. Дистиллированная и талая вода обладают следующими полезными свойствами:
- легкость усваивания организмом;
- увлажнение и разглаживание кожи;
- мягкая формула позволяет не использовать моющие средства при стирке;
- влага отлично воспринимается растениями.
Можно ли мыться дождевой водой? Чистая жидкость благоприятно сказывается на состоянии волос и внешности. Благодаря уровню pH 5.5, аналогичному коже человека, она придает ощущение гладкости и бархатистости. Измененные показатели кислотности негативно отражаются на здоровье, поэтому грязные осадки с примесями вредных химических компонентов использовать нельзя.
Сбор и очистка осадков
Экономные хозяева уже давно используют прошедший дождь для технических нужд:
Еще на стадии проектирования дома намечается, где разместить резервуары, сделать сток с крыши. Важна форма кровли и ее покрытие. Оптимальный вариант – двухскатная крыша из материалов, не содержащих асбест или свинец. Вредные вещества не должны содержаться и в системе желобов и труб. Отвод осадков обеспечивает труба, под которой установлена бочка для сбора жидкости или другая емкость. Накопитель может иметь подземную установку, защищающую содержимое от солнечных лучей и обеспечивающий низкую температуру. Емкость для полива лучше установить на поверхности, растения нуждаются в теплой воде. Частичный переход на бесплатную влагу сократит финансовые расходы.
Использование атмосферных осадков обеспечит существенную экономию воды, добываемой из скважины или колодца. К тому же поможет сократить расход электроэнергии, так как позволяет реже включать насосное оборудование. Однако вы не знаете, как собрать бесплатный «подарок» природы для дальнейшего применения?
Мы подскажем, как можно это сделать. В статье рассмотрена система сбора дождевой воды и варианты применения осадков для бытовых нужд. Описано устройство, конструктивная специфика, оценена эффективность с учетом затраченных средств на организацию альтернативного водоснабжения.
Для заинтересованных посетителей мы подобрали схемы организации с подземным и наземным расположением резервуара, представили фото с вариантами маскировки накопительной емкости, собрали полезные видеосюжеты, позволяющие организовать сбор воды своими силами.
С запасами пресной воды в России все в порядке, однако наиболее хозяйственные владельцы частных угодий стали все чаще задумываться о рациональном использовании природных ресурсов.
Абсолютно безопасны и современные , наиболее удобные для установки своими руками.
Шаг #2 - подбор водосборников и накопителей
Осадки выпадают нерегулярно, поэтому устройств без «перевалочной базы», соединяющих напрямую лотки с точками водоразбора, не существует. Необходимо организовать большое вместилище для хранения собранной воды, которое позволит использовать ее только по мере надобности.
Прототипом всех современных резервуаров стала обыкновенная бочка. Ее и сейчас можно встретить на дачных участках, установленную прямо под водосточной трубой.
Эффективность использования бочки условна, так как она обладает небольшим объемом и не подходит для водоснабжения дома. К тому же в ее конструкции не запланирована систем перелива, все излишки выплескиваются за края и поступают в грунт.
Назначение обыкновенной металлической или деревянной бочки – сбор небольшого количества дождевых стоков с последующим применение в хозяйственных целях: для полива или уборки
Для систем водонакопления изготавливают объемные резервуары, которые можно разделить на две категории:
- наземные , установленные под водосточной системой у стены (или внутри здания);
- подземные , зарытые в грунт около дома.
Материал для всех видов одинаков – это полиэтилен, реже бетон, стекловолокно или сталь. Синтетические накопители дождевой воды лидируют, потому что не уступают по характеристикам аналогам из других материалов, в то же время намного легче их, соответственно удобнее для транспортировки и монтажа.
Объем наземных емкостей – от 750 до 2000 л, подземных — от 2000 до 5000 л.
Современные изделия полностью готовы к подключению – имеют большой люк в верхней части и штуцер с краном в нижней (у наземных исполнений)
Большие подземные емкости оснащают поверхностным или для принудительного перемещения воды к точкам водоразбора. Использование различного оборудования требует дополнительной очистки жидкости. Для этого применяют систему фильтрации: на входе в резервуар устанавливают фильтр грубой очистки, такой же – на выходе.
Варианты пластиковых резервуаров для сбора и хранения дождевой воды:
Галерея изображений
Компактная емкость, декорированная "под камень"
Если вода поступает к раковинам для умывания или мытья посуды, требуются фильтры тонкой очистки с сеточкой не более 5 мкм, а также угольные многоступенчатые установки.
Шаг #3 - организация водосточной системы
Предположим, ваш частный дом оснащен полноценной ливневкой, включающей комплект желобов и лотков, водосточные трубы, пескоулавливатели и канализационный выход к .
Возможна ли установка конструкции для использования дождевой воды в доме без кардинальных изменений? Безусловно, но придется дополнить схему накопительной емкостью и сопутствующим оборудованием.
Для начала придется проанализировать состояние аккумулирующей плоскости, то есть крыши. Следует проверить ее целостность, чистоту, а если нужно, поменять кровельное покрытие на более безопасное.
Если ливневая конструкция из труб и лотков в порядке, прямо к ней можно присоединить большой полиэтиленовый бак заводского изготовления. В нижней части бака установить штуцер – для аварийного слива.
Чтобы не нарушить конструкцию ливневки, проще всего установить объемную пластиковую бочку для полива, но для обслуживания дома она не подойдет
Если возникнет необходимость в установке большой подземной емкости, придется внести коррективы в старую конструкцию – скорее всего, изменить расположение труб канализации. Вырыв котлован и установив насосное оборудование, придется заново проложить коммуникации для стоков.
Предлагаем два варианта устройства систем использования дождевой воды – с наземным и подземным резервуаром.
Устройство простой системы с бочкой
Для сборки самой легкой схемы потребуется комплект для установки водостоков, фильтр, готовый бак для воды, короткий шланг и крепежная арматура.
Результатом трудов станет простейшая система сбора воды с наклонной крыши с большим пластиковым резервуаром в качестве накопительной емкости
Пластиковые желоба, лотки и трубы необходимого размера приобретаем в строительном магазине. Если не устраивает пластик, используем детали из оцинкованной стали, самодельные или заводского изготовления.
Собираем водосточную систему в следующем порядке:
- с помощью специальных скоб или крюков закрепляем по краю крыши желоба;
- на углу, в удобном для установки резервуара месте, подвешиваем водосточную трубу;
- соединяем основные элементы приемной воронкой;
- герметизируем швы и стыки.
Сборка фабричных моделей хороша тем, что все необходимые детали и даже часть инструментов идут в комплекте с емкостью.
Схема устройства системы с подземным резервуаром
Большая емкость, установленная возле дома, сможет удовлетворить потребность в воде на 50 %. Благодаря специальной разводке дождевая вода будет поступать к точкам водоразбора, не требующим высокого качества жидкости: к туалетным бачкам, кухонным и поливочным кранам. Но и в этом случае устанавливаются фильтры.
Резервуар можно установить под на поверхности, в подвале или в котловане, вырытом около дома. Мы выберем третий вариант, при котором емкость будет полностью погружена в грунт, следовательно, не станет занимать свободный участок возле здания и не портить красивый пейзаж своим технологичным видом.
Еще одно преимущество заглубленного в почву резервуара: охлажденная дождевая вода является неподходящей средой для развития бактерий, следовательно, она не «зацветет»
Выбираем емкость объемом 2,5-3,5 тыс. литров, и, исходя из ее габаритов, подыскиваем место для установки. Кроме размеров при рытье котлована обязательно учитываем горизонты грунтовых вод и уровень промерзания.
Глубина ямы должна быть примерно на 70 см больше высоты емкости, так как 20 см – гравийно-песчаная подушка, 50 см – слой земли над резервуаром (промерзающий в средней полосе и северных регионах в зимний период).
- достаем грунт, лишний отвозим в сторону;
- устраиваем гравийно-песчаную утрамбованную подушку;
- в центр котлована устанавливаем резервуар;
- засыпаем его со всех сторон смесью грунта и песка;
- устанавливаем насосное оборудование и трубы (водосточные и ведущие в дом).
Безусловно, до подключения электрооборудования необходимо наладить систему подачи воды с крыши и сделать . Установка водостоков происходит традиционным способом, труба через люк подает воду в емкость.
Трубопровод из резервуара ведет к определенным, выбранным заранее точкам. Внутри дома, в подсобке или в подвале, оборудовано место для установки насоса, фильтров, контролирующего оборудования.
Схема использования системы сбора дождевой воды: 1 – датчик уровня воды; 2 – поплавковое устройство; 3 – фильтр; 4 – поверхностный насос; 5 – резервуар с водой; 6 – сифон; 7 – фильтр
После монтажа и подключения необходимо произвести контрольный пуск: залить в емкость воды и включить насос. Если все в порядке, жидкость быстро поступит к точкам водоразбора.
Емкость не должна пустовать, так как подвижки грунта могут вызвать деформацию корпуса. Если в период засухи вода заканчивается, необходимо наполнить ее из основного источника. Чтобы не измерять уровень воды с помощью подручных средств, можно с внутренней стороны на стенке нарисовать своеобразную шкалу с делениями в долях или литрах.
Дождевая вода в отопительной системе
В некоторых случаях дождевую воду используют вместо дистиллированной жидкости или антифриза в системах обогрева частных домов.
Природные характеристики – мягкость, отсутствие посторонних включений и чистота – делают ее подходящей для заливки в отопительную сеть. Чтобы убрать возможные загрязнения, «пойманные» в атмосфере, ее первоначально прогоняют через фильтр.
Вариант установки накопительной емкости внутри дома (в бойлерной, подвале или подсобном помещении): рядом расположен насос, фильтры, манометр и разводка трубопровода
Кроме очистительных процедур помогает обогащение жидкости специальными ингибиторами и ПАВами, уменьшающими склонность воды к образованию коррозии и налета. Химические соединения способствуют растворению известковых и других отложений.
Выводы и полезное видео по теме
Обучающие информационные видеоролики помогут вам самостоятельно установить накопительную емкость для сбора дождевой воды.
Видео #1. Как сделать систему сбора дождевой воды с наружным баком своими руками:
Видео #2. Полезная теоретическая информация:
Видео #3. Подготовка пластиковой бочки для автономного водоснабжения:
Чистота и естественная мягкость дождевой воды позволяют использовать ее для домашних хозяйственных нужд, полива, а иногда – для заполнения отопительной системы . Благодаря большому накопительному баку и насосу, вы всегда сможете задействовать резервный источник воды, актуальный во время опустошения колодца.
Если у вас есть интересные сведения, ценные рекомендации, собственный опыт в устройстве системы, сооружаемой для сбора дождевой воды, оставляйте, пожалуйста, комментарии. Для их размещения ниже текста статьи открыта блок-форма.
Дождевая вода. Что это? Что такое дождь, конечно, известно всем, но что он из себя представляет и откуда берется? Наверно, немногие об этом задумываются.
Дождевая вода это одна из из форм атмосферных осадков, влага, которая испаряется с поверхности почвы и различных водоемов. Накапливаясь в атмосфере, огромные водяные массы образуют облака. Одно лишь дождевое облако может содержать не одну тонну воды. Облака постоянно перемещаются, меняя свой состав, плотность и температуру. Что же они в себе несут и каков состав дождевой воды, попадающей на наши зонты, а иногда и незащищенные головы?
Наши прабабушки пели хвалебные песни дождевой воде, считая ее настоящим природным чудом для сохранения молодости и красоты. Ее собирали, умывались ею, ополаскивали волосы. Наверно, так и было раньше, но увы. Дождевая вода, действительно была бы прекрасной водой, но только если она не содержит в себе посторонних примесей, что в современной экологии, практически невозможно.
Каков же состав дождевой воды сегодня?
Капля дождевой воды, массой 50 грамм, за время полета с тучи до поверхности земли омывает около 16ти литров воздуха. Литр дождевой воды собирает в себя химические соединения,содержащиеся в трех тысячах литрах воздушной, порой совсем нечистой, массы. Получается, что состав дождевой воды, напрямую зависит от того места, в котором этот дождь проливается. Если экологически это безопасные места, а такие еще есть, то и дождика бояться не надо. Но страшно подумать, что несет в себе дождевая вода, проливающаяся на головы жителей современных мегаполисов.Если, например, такие соединения как сера или азот вступили в химическую реакцию с дождевой водой, то безобидный ливень становится самым настоящим кислотным дождем. Кислотный дождь – это дождь, рН которого меньше 5. Кислотный характер дождю придает множество химических соединений, но основными являются SO2, SO42- и NO. Но это еще не все. Загрязнение воздуха, и, как следствие, дождевой воды происходят из-за работы промышленных и сельскохозяйственных предприятий, транспорта, деятельность которых поставляет в атмосферу окислы азота и серы, угарного газа, соединения ртути, мышьяка, свинца, ядохимикатов, пестицидов и бесконечного множества других опасных веществ. Вся эта дрянь попадает в атмосферу, проливается дождем и снова испаряется, однако во время испарения в облака с поднимающимся воздухом попадает только вода, без вредных примесей с которыми она упала на землю, так все эти элементы слишком тяжелые. Этим же объяснятся пресность дождя проливающегося вблизи морей, из моря испаряется только вода, или если быть более точным водяной пар, более тяжелая соль остается в море. Совсем не хочется умываться такой водой. Жалко, что стало опасно, бегать под теплым летним дождем босиком, шлепая по лужам. Последствия могут быть очень неприятными-от аллергических реакций и облысения, до самых серьезных заболеваний. Покупайте зонты и плащи. Сегодня это средство защиты первой необходимости, увы...