Методы очистки сточных вод можно подразделить на механические, химические, биологические и физико-химические (схема 2).
Механическую очистку применяют для выделения из сточных вод нерастворенных минеральных и органических примесей как предварительный этап с целью подготовки к следующим, более глубоким методами очистки. Для этого используют различные решетки, песчаные и другие фильтры, отстойники.
Основные способы химической очистки - нейтрализация и окисление. Нейтрализацию проводят с целью снижения значений Рн кислых стоков до близких к нейтральным, например пропуская воду через соли известняка, мела или доломита (СаСО3 MgCO3). При этом протекают следующие реакции:
2HNO3 + CaCO3 = Ca(NO3)2 + H2O + CO2;
2HNO3 + MgCO3 = Mg(NO3)2 + H2O + CO2;
Схема 2
Окисление применяют для обезвреживания сточных вод, содержащих токсичные примеси. В качестве окислителей используют хлор, хлорную известь, озон (разрушает при нормальной температуре многие органические вещества и примеси; получается при электрическим разряде в воздухе или кислороде) и другие окислители. Наряду с хлорированием и озонированием сточных вод широко применяют электрохимическое окисление (электролиз сточной воды).
Биологическая очистка осуществляется сообществом микроорганизмов, включающим множество организмов (водоросли, бактерии). Ее применяют для очистки сточных вод от органических загрязнителей, используемых микроорганизмами в качестве пищи.
Физико-химические методы очистки используют обычно в сочетании с другими методами. Добавляя в сточную воду специальные коагулянты (соли алюминия, железа, магния, известь и другие вещества), можно получить крупные частицы вредных веществ, которые оседают на дно. Специальные сорбенты (искусственные и природные пористые материалы, например активированный уголь) поглощают растворенные в воде органические вещества. Флотация - способ отделения твердых частиц или капель жидкости от сточной воды, основанный на различной смачиваемости (вредные примеси собираются в пенном слое и удаляются). Ионными методами очистки можно извлекать из сточных вод ценные примеси, а также радиоактивные вещества.
Сохранению запасов чистой воды способствует обустройство водоохранных зон, а также развитие законодательства об использовании и охране водных ресурсов с жесткими экономическими мерами в отношении водопотребителей. Это должно способствовать направлению капиталовложения в строительство очистных сооружений, использованию более совершенных технологических процессов, снижающих водопотребление и уменьшающих объемы загрязнений.
В Законе РФ «Об охране окружающей природной среды» впервые в нашей стране установлен и законодательно закреплен экономический механизм охраны окружающей среды.
«Водный кодекс Российской Федерации» регулирует отношения в области использования и охраны водных объектов в целях обеспечения прав граждан на чистую воду и благоприятную водную среду; поддержания оптимальных условий водопользования, а качество поверхностных и подземных вод в состоянии, отвечающем санитарным и экологическим нормам; защиты водных объектов от загрязнения, засорения и истощения.
Экономия, эффективность и экологическая направленность в сфере производственной деятельности и правильное поведение людей помогут сохранить на Земле чистую воду, необходимую для существования человечества.
Анализ результатов двух глав позволил спланировать и осуществить ряд учебно-воспитательных мероприятий как в РДЭБЦ, так и в МОУ СОШ №32.
ГЛАВА 3.
Методические особенности освещения экологической проблематики темы «Гидросфера»
3.1 О способах формирования интереса к процессу познания
Верный способ пробуждения у школьников интереса к приобретению знаний по химии - создание лирического эмоционального настроя с помощью художественного слова, музыки, живописи [6-8].
Поэтому необходимо по возможности начинать урок не с традиционного объявления темы, а с примеров практического применения изучаемых веществ, объяснения их значения в жизни, быту. Можно использовать разнообразные иллюстрации, репродукции, фотографии, продемонстрировать работы учащихся (альбомы, модели, приборы, рисунки).
Приведу урок по теме «Вода - основа жизни на Земле», в ходе которого использованы некоторые приемы создания эмоционального настроя.
Начинаю урок с музыки. Подчеркиваю значение воды таким высказыванием И.В. Петрянова: «Разве вола - это только жидкость, налитая в стакан? Океан, покрывающий почти всю планету, всю нашу чудесную Землю, в которой миллионы лет назад зародилась жизнь, - это вода».
Обращаю внимание учащихся на то, что не случайно люди слагают о воде стихи, песни, пишут картины, запечатляющие красоту водоемов.
Предлагаю отгадать следующие загадки:
Под землею ходит, на небо смотрит. (Родник.)
Что видно ,когда ничего не видно? (Туман.)
Вечером наземь слетает, ночь на земле пребывает, утром опять улетает (Роса.)
Без крыльев летят, без ног бегут, без паруса плывут. (Дождь.)
Не конь, а бежит, не лес, а шумит? (Река.)
Приходил - стучал по крыше, уходил, никто не слышал. (Дождь.)
Рассказывая о нахождении воды в природе, использую глобус и отмечаю, что большая его площадь имеет голубой цвет, обозначающий реки и озера, моря и океаны. Привожу статистические данные о распространении воды в природе, демонстрируя слайды.
Формулирую вывод: Вода является самым распространенным веществом на Земле.
Рассказываю о синтезе воды, дополняя стихами. Демонстрирую схему «Состав молекул воды». Рассказываю о физических свойствах воды. ( высокие теплоемкость, поверхностное натяжение, теплота плавления), организую беседу по следующим вопросам: «Говорят, что вода - оборотень. Почему ее так называют?». Демонстрирую схему «Агрегатные состояния воды», объясняю почему вода на нашей планете находится в трех агрегатных состояниях. Показываю схему состава гидросферы. Рассказываю о химических свойствах воды. Сообщаю о роли воды в процессе фотосинтеза. Демонстрирую таблицу, в которой указано, что кровь человека состоит из воды на 90 %, мышцы - на 75 %, кости - на 28 %, стекловидное тело глаза - на 99 %. Подчеркиваю, что вода - обязательный компонент каждой клетки. Ни одно живое существо не может обойтись без воды. Обезвоживание организма на 12-15 % приводит к нарушению обмена веществ, а потеря 25 % воды - к гибели организма.
Сообщаю, что в организмах идет постоянное обновление воды. У кактуса вода полностью обновляется в течение 28 лет, черепахи - 1 год, верблюда - 3 месяца, человека - 1 месяц. Без воды человек может прожить 3 дня, в то время как без пищи - 30-50 дней.
Демонстрирую схему «Круговорот воды в природе», сообщаю, что на долю пресной воды приходится только 3% ее общих запасов.
После этого перехожу к вопросам экономного расходования воды и бережного отношения к ней.
3.2 Использование средств наглядности при изучении воды и растворов
В начальных классах при изучении предметов естественнонаучного цикла природоведения и естествознания учащиеся впервые знакомятся с некоторыми понятиями и химическими процессами, но, к сожалению, это не всегда позволяет им усвоить материал с первого предъявления и на должном уровне.
Анализ учебно-методической литературы показывает, что по многим изучаемым темам данных предметов можно проще и доступнее вести процесс обучения, и надежным подспорьем в этом деле оказываются опорные схемы (ОС) [13, 14].
опорные схемы можно использовать при подготовке и проведении уроков, преследуя цель усвоение учащимися знаний и представлений по следующим вопросам: «Три физических состояния вещества»; «Как происходит процесс перехода вещества из одного состояния в другое»; «Очистка воды».
ОС 1. Данная схема представляет собой своего рода таблицу. Столбцы - разные агрегатные состояния воды, а строки - критерии, по которым они различаются.
В первой строке показано различие в расположении частиц (молекул): в жидкой форме они находятся близко друг к другу и медленно перемещаются в определенном объеме; в газообразной -- они далеко друг от друга и движутся довольно быстро; в твердой -- частицы упакованы довольно плотно и их движение сводится к колебаниям.
Во второй строке сравнивается объем: в жидком состоянии вода имеет постоянный объем (в какой бы сосуд не налили 1 л воды, она всегда будет занимать этот объем). Если сосуд рассчитан на объем 1 л, то он будет полный, если сосуд двухлитровый, то он будет заполнен наполовину. Вещество в газообразной форме не имеет постоянного объема: газ, занимавший объем 1 л, при сжатии поршнем может занять объем равный 0,5 л. При этом его количество не уменьшается, на что указывает одинаковое число молекул в обоих цилиндрах. Между молекулами вещества просто уменьшается расстояние.
В твердом состоянии вода, как и в первом случае, имеет постоянный объем. Если взять кубик льда объемом 1 дм3, или 1 л, и растопить его, то жидкость, перелитая в сосуд, будет занимать объем также равный 1 л.
В третьей строке сравнивается форма, которую принимает вещество в том или ином агрегатном состоянии. В жидком виде вода всегда принимает форму сосуда, в который ее наливают. Газ в свободном состоянии не имеет постоянной формы, например, пар над кастрюлей с кипящей водой приобретает форму облака, а в воздушном шаре -- форму шара. У твердого вещества форма постоянная, например, ледяная фигура будет сохранять свою форму до тех пор, пока не изменится температура воздуха (пока не наступит потепление), и лед не начнет таять.
ОС-1
ОС - 2. Данная схема построена на бытовых примерах, она состоит из двух частей: первая -- это превращение воды в пар и наоборот, вторая -- это превращение воды в лед и обратно в воду (ОС-2). Водопроводную воду набирают в чайник и доводят до кипения. На чайник устанавливают вверх дном банку (лучше трехлитровую). В банке горячий пар охлаждается и конденсируется на стенках в виде капель воды, которые стекают обратно в чайник. Такой «круговорот воды» может продолжаться до тех пор, пока температура воды будет соответствовать температуре кипения.
Замерзание -- процесс, обратный закипанию. В кастрюлю набирают воду и выносят ее зимой на улицу или помещают в морозильную камеру холодильника при температуре ниже О С. Прежде чем перейти в твердое состояние, вода пройдет следующие стадии: охлаждение, затвердевание и, наконец, замерзание. Затем кастрюлю помещают в теплое помещение, где температура выше О С или нагревают. Постепенно лед начнет плавиться и переходить в жидкую форму -- воду. Эти примеры демонстрируют обратимость превращений одного агрегатного состояния в другое.
ОС - 2. Условные обозначения: 1 нагревание;2 кипение; 3 охлаждение; 4 конденсация; 5 затвердевание: 6 замерзание; 7 плавление
ОС - 3. Схему очистки воды условно делят на семь стадий, на каждой из которой происходит очистка воды от определенного вида загрязнения, кроме седьмой стадии (ОС-3).
Стадия I. Схематично отображает соотношение соленой 1 и пресной 2,3,4 воды на Земле. Кружком отмечено количество пресной воды
ОС-3. Условные обозначения: 1 соленые воды океанов, морей, озер, соленые подземные воды; 2 воды ледников Антарктиды, арктических островов и горных районов; 3 подземные пресные воды; 4 пресные поверхностные воды; 5 решетка; б отстойник; 7 суспензия; 8 химические элементы, содержащиеся в воде (от Н до Bi); 9 болезнетворные бактерии; 10 осадок; 11 коагулянт А12(SО4)3; 12 -- песок SiO2; 13 хлор Сl или озон О3; 14 водохранилище; 15 кран
Ее нужно беречь, так как ее сравнительно мало! Проходя через решетку 5, вода подвергается первичной очистке (освобождается от крупных механических загрязнителей), затем она попадает в отстойник 6.
Стадия II. Под действием силы тяжести часть взвешенных частиц оседает на дно, образуя осадок 10, но вода полностью еще не очищена и содержит биологические загрязнители -- это болезнетворные бактерии 9, и мельчайшие механические загрязнители -- суспензию 7, а также химические примеси 8. «Грязная вода», изображенная на схеме темным цветом, переходит в следующую стадию, но все же частично очищенная она меняет интенсивность своей окраски и светлеет.
Стадия III. Вода становится менее мутной и подвергается коагуляции:
Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 = 2Al(OH)3 + +3CaSO4 + 6CO2.
Для этого в воду добавляют коагулянт -- Al2(SO4)3 из емкости 11. В результате химической реакции образуется Al(OH)3 (сначала в виде мелких коллоидных частиц, затем они объединяются в более крупные хлопья). На его поверхности адсорбируются взвешенные примеси и оседают на дно емкости в виде нового осадка, но уже в меньшем количестве. Вода становится еще чище, что можно заметить по уменьшению «интенсивности» окрашивания отстойника 6 и уменьшению содержания химических примесей 8.
Стадия IV. На этой стадии вода проходит через фильтр 12 -- песок, катализатор, адсорбент. Из химических элементов в воде остаются лишь необходимые организму, но в ней еще присутствуют биологические загрязнители 9.
Стадия V. Вода проходит биологическую очистку -- хлорирование или озонирование 13, в результате чего погибает основная часть биологических загрязнителей.
Стадия VI. Чистая, готовая к употреблению вода поступает в водозабор 14, откуда по водопроводу попадет в жилые дома и на предприятия 15- Использованную воду называют сточными водами.
Стадия VII. Сточные воды через очистные сооружения попадают в грунтовые воды и процесс начинается заново.
Продолжить получение сведений о воде можно, рассмотрев одно из важнейших ее свойств - способность растворять различные вещества.
На практике и здесь оказалось удобным использование опорных схем, которые помогают структурировать информацию и систематизировать знания. На практическом занятии демонстрация многочисленных опытов порой не укладывается в детском сознании должным образом, поэтому наглядное закрепление полученных сведений с помощью опорных схем помогает устранить эту проблему.
Начинаем урок с демонстрации растворения в воде веществ, находящихся в разных агрегатных состояниях. При этом вводим такие понятия, как «растворение», «растворитель», «растворимые вещества», и даем необходимые объяснения.
ОС -4. Вода - растворительДовольно быстрому пониманию изучаемого материала могут способствовать примеры, с которыми учащиеся встречаются в быту практически каждый день: появление пузырьков углекислого газа в минеральной воде после ее откупоривания; приготовление рассола для засолки, например, огурцов; использование 9%-ного раствора уксусной кислоты при мариновании (ОС-4).
Первый пример позволяет объяснить растворение в воде газа (оксид углерода (IV)), второй - твердого вещества (хлорида натрия), третий - жидкости (ледяной уксусной кислоты).
Чтобы обсуждать особенности процесса растворения, необходимо ввести новые понятия: «физическое явление», «химическое явление» или «химическая реакция» (ОС-5). Используем примеры явлений, которые также хорошо знакомы учащимся из повседневной жизни.
При рассмотрении химических явлений проводим химические реакции,
ОС-5. Физические и химические явления, сопровождающиеся различными признаками:
выделение газа (взаимодействие уксуса (СН3СООН и соды (NaHCO3));
выделение теплоты (горение спички);
появление запаха (горение резины);
изменение окраски (ржавление гвоздя);
выпадение осадка (пропускание углекислого газа (СО2) через известковую воду (Са(ОН)2).
Серия опытов, изображенных на ОС-6, позволяет закрепить умения различать физические и химические явления и доказать, что их скорость зависит от условий проведения опыта.
Стадия 1. В один стакан с водой наливаем ледяную уксусную кислоту, а в другой - насыпаем гидрокарбонат натрия (пищевую соду). Акцентируем внимание учащихся на том, что они наблюдают растворение.
Смешиваем полученные растворы и выясняем, происходит ли химическая реакция. Обращаем внимание учащихся на интенсивность выделения пузырьков газа.
Стадия 2. Снова готовим раствор уксусной кислоты, но теперь, во-первых, насыпаем в него соду, а во-вторых, перемешиваем содержимое стакана. Отмечаем более интенсивное протекание химической реакции.
Стадия 3. Изменим условия и будем на твердую соду, насыпанную горкой, приливать раствор уксусной кислоты. Первоначально реакция идет бурно, но постепенно ее скорость замедляется.
Стадия 4. Поступим аналогично предыдущему опыту, но будем перемешивать ложечкой сухую соду и раствор уксусной кислоты, увеличивая тем самым поверхность соприкосновения реагирующих веществ. Реакция ускоряется.
Такой подход к изучению воды и растворов необходимо реализовать ввиду его максимальной эффективности как в самом начале обучения, так и при переходе к более сложным темам, где также требуется существенное экспериментальное обеспечение работы учителя.
3.3 Интегрированный урок на тему: «Вода - уникальное вещество природы»
Цель урока: дать целостное представление о воде с точки зрения естественных наук (биологии, химии, физики, географии, экологии).
