ГАЛЕРЕЯ ПРОЕКТНЫХ, ПЕДАГОГИЧЕСКИХ И ТВОРЧЕСКИХ РАБОТ

Водное путешествие

Авторы: Волегов Иван Алексеевич и Власов Андрей Константинович, ученики 3 «В» класса МАОУ Лицей № 130 г. Екатеринбурга Свердловской области, 9 лет

Номинация: «Исследовательский проект»
Кураторы: Першина Екатерина Александровна, Медведева Милана Борисовна

Исследовательский проект "Водное путешествие"

Введение

Вода – одно из самых важных для человека веществ.  В чистом виде она не имеет ни запаха, ни вкуса, ни цвета. Это самое распространённое вещество на Земле. Вода занимает 3/4 поверхности нашей планеты. Она существует повсюду в морях, океанах, реках, ручьях и озёрах, под землёй и над землёй. Много воды содержится и в атмосфере-это облака, туман, пар, дождь, снег.    Однако, запасы пресной воды пригодной для использования составляет лишь 0,27% всего объёма и её необходимо беречь. Следовательно, изучение и решение проблем, связанных с потеряй воды, является актуальной темой.

Сегодня, мы все привыкли, что в доме постоянно есть вода. И, мало кто из нас задумывается, откуда она берется? Что происходит с водой до того, как она попадет в наш дом?

Гипотеза: мы предположили, что если решить проблему утечки воды, то это приведёт к её сбережению, а также экономии семейного бюджета.

Цель проекта: создать модель капельного полива, которая позволит решить проблему утечки воды на приусадебном участке, с помощью конструктора LEGO.

Для достижения целей проекта нам необходимо решить следующие исследовательские задачи:

  • изучить дополнительные источники и литературу по проблемам исследования;
  •  узнать, как мы и наше окружение используем воду в повседневной жизни на примере семьи;
  • составить маршрут воды: от источника до использования в жизни человека, определить проблемы и трудности встречающиеся на пути;
  • смоделировать результаты исследования с помощью легоконструирования.

Глава 1. Теоретическая часть

1.1. Использование воды в повседневной жизни человека

В нашей повседневной жизни ни один день не обходится без воды. При этом обычно используются пресные запасы, количество которых весьма ограничено. Мы используем воду для питья и приготовления пищи. Огромные объемы этого ресурса тратятся в быту во время уборки, стирки, мытья посуды, Кроме того, применение воды необходимо для личной гигиены: мы умываемся, чистим зубы, купаемся принимаем душ. Вода необходима при тушении пожара, ведения сельского хозяйства.

В сельском хозяйстве вода в основном используется для полива лужаек, цветочных клумб, огородов, теплиц, а также обеспечения птиц и скота. Часть воды для полива приходит естественным путем в виде атмосферных осадков. Кроме того, вода может быть использована в семье для мытья машин и наполнения бассейнов. Один человек в среднем использует примерно 200-300 литров воды ежедневно.

Для удовлетворения потребностей семьи необходимо много воды. На принятие ванной может потребоваться от 30 до 40 литров. Средний туалет использует примерно 5 литров за один раз. 20-40 литров уходит на принятие душа. Стиральные машины используют в среднем 25 литров на одну загрузку. Через кухонную раковину уходит примерно 20 литров в день для приготовления еды и мойки посуды. Через раковину в ванной, которую используют для того, чтобы мыть руки, побриться и почистить зубы, уходит 15 литров каждый день.

Мы рассмотрели прямое водопотребление, однако еще большее количество воды расходуется при промышленном производстве, например, продуктов питания, одежды.

Виртуальная вода – это объём воды, необходимый для полного производственного цикла одной единицы продукции или оказания услуг, включая процессы выращивания или изготовления материалов, их обработки и транспортировки.

Конечно, мы не можем перестать тратить воду и покупать различные товары, но знать о том, как наше потребительское поведение влияет на будущее мира, необходимо, чтобы определить точное количество воды, которое потребляет наша семья мы провели исследование и заполнили сводную таблицу.

Водный след - это общий объём пресной воды, используемый для производства товаров и услуг.

Водный след измеряется объёмом использованной или загрязнённой воды за определённый период и включает не только прямое, но и косвенное использование водных ресурсов. Концепция водного следа была разработана в 2002 году специалистами голландского Университета Твенте Эриеном Хокстрой и Месфином Меконненом и является дальнейшим развитием концепции виртуальной воды.

Различают производственный и потребительский водный след. Производственный водный след учитывает прямые и косвенные затраты водных ресурсов, необходимых для производства товаров и оказания услуг. Потребительский водный след учитывает общий водный след всех потребляемых товаров и услуг.

Водный след может быть рассчитан для отдельного человека или группы людей, конкретного товара или услуги, предприятия или целого сектора экономики, административной единицы, территории или всего государства.

Водный след человека – объём воды, используемой для производства потребляемых человеком товаров и услуг (в том числе жилищно-коммунальных);

Водный след товара или услуги – объём воды, требуемый для производства единицы товара или оказания определённого объёма услуг.

1.2. Расчёт водопотребления с помощью программы «Калькулятор водного следа»

Мы провели исследование в наших семьях. Для этого мы ежедневно в течении недели отвечали на ряд вопросов и заполняли сводную таблицу (Приложение 1, Таблица 1), а затем посчитали суммарный след за неделю с помощью программы «Калькулятор водного следа». Мы получили следующие результаты:

  1. В нашей семье суммарный водный след составил 4373 литров в сутки из них водный след из прямого расходования воды 415л в сутки.  Водный след из виртуального расхода воды 3958 литров в сутки.

Программа назвала нас «Водзилами» с огромным водным следом.

  1. В результате мы проанализировали свои расходы и по итогам второй недели мы стали «Кунг-фу в Ванной» При этом суммарный водный след нашей семьи составил 1557 литров в сутки из них водный след из прямого расходования воды 415л в сутки.  Водный след из виртуального расхода воды 1143 литров в сутки (Приложение 2)
  2. Сейчас мы сознательно экономим воду и стараемся прийти к следующему результату «Гарри Воттер» .

Расчёт водного следа позволяет оценить потенциальные риски использования водных ресурсов, выявить наиболее эффективные способы снижения воздействия на окружающую среду при водопотреблении.

Как можно уменьшить свой водный след и сберечь воду?

  1. в первую очередь, нужно почините или заменить все протекающие краны. Не забывайте, что неисправный кран за сутки может "накапать" 30−200 литров воды;
  2. выключайте воду при чистке зубов или бритье.  Это позволит сэкономить от 6-15 л;
  3. установите рычаговый смеситель, который позволяет быстрее добиться желательной температуры воды, чем смеситель с двумя рукоятками;
  4. на душ расходуется меньше воды, чем на ванну. Также можно уменьшить расход воды, не жертвуя комфортом, если использовать в душе экономичный рассеиватель с меньшим диаметром отверстий;
  5. использование прерывателя или системы двойного слива в туалете поможет сэкономить до 10 000 литров воды на каждого человека в течение года;
  6. при мытье посуды не держите постоянно кран открытым. Используйте посудомоечную и стиральную машину с пониженным потребление воды и только при полной загрузке;
  7. не размораживайте продукты под струей воды из-под крана. Лучше всего заранее переложить продукты из морозилки в холодильник;
  8. вторично используйте воду после мытья фруктов, например для полива цветов или мытья полов.
    1.  Появление водопровода в Екатеринбурге

Открывая утром кран с холодной или горячей водой, никто из нас не задумывается о том, что еще сто лет назад для подавляющего населения нашей планеты этот уровень комфорта был абсолютно недоступным!

Только обеспеченные владельцы комфортабельных квартир в больших городах могли позволить себе пользование водопроводом и канализацией.

Водоснабжение города Екатеринбурга до революции было тяжёлой проблемой. Вопрос водоснабжения решался по старинке, за счёт водовозного промысла. Имелись также 13 питающих город ключей и колодцев, из которых ключ собственно только один Малаховский, а остальные просто колодцы с ручными насосами. Воды в них хватало, только для обеспечения потребности 1/3 населения города, поэтому подавляющее большинство населения, было вынуждено брать воду из городского пруда, реки Исети и её притоков.

Строительство водопроводных сетей в Екатеринбурге началось весной 1925 года. При прокладке активно использовались деревянные трубы, составленные из двух половинок. Немного позднее стали устанавливать чугунные и стальные трубы. Все городские новостройки обязательно подключались к водопроводным сетям, но вода подавалась только в дневное время.

В 1926 году протяженность водопроводных сетей составляла 17,6 км (16,5 вёрст).

Постепенно водопровод и канализация пришли буквально в каждый дом и из предмета роскоши стали насущной необходимостью как городского, так и сельского быта. Тем не менее, далеко не все жители понимают, как устроена система водоснабжения, откуда вода приходит в их дом и куда она уходит. Чтобы составить маршрут воды от источника до использования её в жизни человека, мы решили изучить систему водоснабжения как в городе, так и в загородном доме.

    1.  Городская система водоснабжения

Водопроводная система современного крупного города – это сложное инженерное сооружение, состоящее из нескольких магистральных линий и многочисленных ответвлений, подходящих к отдельным домам и квартирам. Сегодня общая длина водопроводных сетей города Екатеринбурга составляет 1600 км.

Вода, которая наполняет наши водопроводные трубы, как правило, набирается из ближайшего водоёма.  В Екатеринбурге основными являются Волчихинское (объём 82 млн.м³) и Верхне-Макаровское объём 50 млн. м³) водохранилища, которые питает река Чусовая.

В экстренных случаях воду берут с реки Уфы с Нязепетровского водохранилища. Оттуда через шлюз-регулятор вода прямиком направляется на Западную фильтровальную станцию на Московском тракте.  Станция обеспечивает 85% городского водоснабжения. Здесь мощный водный поток "усмиряют", чтобы затем очистить от органических и неорганических примесей, обеззаразить и отправить в дальнейший путь по паутине городского водоснабжения.

За сутки 6 производственных очередей станции обрабатывают до 600 тыс. м³ воды.  В первую очередь она проходит несколько фильтрующих труб с решетками, очищаясь от крупного мусора – обломков дерева, водорослей и других загрязнений. Затем применяют двухступенчатую систему очистки.  Сначала по трубам диаметром до двух метров вода поступает в вихревые смесители, где её хлорируют и смешивают с загустителями (коагулянтами), а после она попадает в отстойники. В нём вола двигается медленно, ставшие крупными хлопья грязи и примесей оседают на дно. На второй ступени очистки вода фильтруется через гравийные разделительные слои и песок. Потом она проходит очистку с помощью озона и активированного угля обеззараживается гидрохлоридом натрия, и поступает в резервуары чистой воды для подачи в город. И всё это в круглосуточном режиме.

Оставшуюся в отстойниках грязную воду снова промывают и отправляют на участок ультрафильтрации. Здесь вода снова соединяется с коагулянтами и очищается мембранами, пропускающими только молекулы Н₂О. Загрязнения из промывной воды, утилизируются, а очищенная до питьевого качества вода поступает в городскую систему водоснабжения. В лабораториях станции обследует около 200 показателей Ежесуточно проводится примерно 2500 исследований проб воды.

А дальше отфильтрованная, очищенная и соответствующая всем санитарным нормам вода поступает по трубам в дома и квартиры горожан.

Рельеф Екатеринбурга далеко не равнинный, и, чтобы преодолеть многочисленные подъёмы и спуски, естественного напора воде не хватает. Поэтому по городским трубам этот очищенный поток воды разгоняют несколько сотен больших и маленьких насосных станций. Головной насосный центр расположен на Большом Конном полуострове и называется он камерой регулирования. Именно здесь определяют напор воды в городских трубах, ну и, конечно, отвечают за рациональное использование ресурсов: днём и в час пик напор сильнее, ночью – меньше.

Ежедневно город Екатеринбург потребляет 321000 м³ воды! Использованная вода поступает в канализацию.

Централизованная канализация появилась в городе только в 1930 г. — ее протяженность была порядка 10 км. Ассенизаторы тогда всерьез к системе не относились, конкурента в ней не видели — продолжали работать вручную (стоки из выгребных ям откачивали ковшиками в бочки) и получать за труды неплохие деньги. Однако канализационная сеть росла уверенными темпами и вскоре покрыла весь город.

Сейчас стоки со всего города собираются по трубам на очистных сооружениях. В Екатеринбурге их две. Южная аэрационная станция -сюда стекается 85% городских стоков.) — порядка 400 тысяч кубов в год и Северная аэрационная станция - сюда стекается 15% городских стоков — из районов Уралмаш и Эльмаш и с промпредприятий, которые работают на этой территории. Сточная вода сначала идет на механическую очистку — в решетном отделении ее процеживают, удаляют крупный мусор (ветки и т.п.). Работают четыре решетки из нержавеющей стали, полностью автоматизированные. Мусор перегружают в банки, где его пересыпают хлорной известью и везут на полигон твёрдых бытовых отходов. Далее — песколовка. Здесь из сточной жидкости вылавливают крупные минеральные вещества типа песка, который оседает на дне. Далее скребковый механизм дважды в сутки проходит по дну и забирает осадок. Потом сточные воды идут в первичные отстойники — всего их 12. Глубина — 4 метра, диаметр — 40 метров. На этом этапе удаляют взвешенные вещества, процесс длится 2-4 часа.

Осветленная вода переливается в лоток, осадок убирают трижды в сутки скребковым механизмом, расположенным в подводной части, и отправляют на обезвоживание. На этом этапе вода очищается на 50%. Дальше осветленная вода идет на биологическую очистку — в аэротэнки.  Их 11 штук, каждый глубиной около 5 метров, 114 метров в длину. Вода здесь бурлит и насыщается атмосферным воздухом, необходимым для жизни бактерий. Находясь в благоприятных условиях аэротенка, они активно размножаются. В качестве питания им служит органика стоков и кислород.  Этап длится 4-6 часов.   В процессе жизнедеятельности микроорганизмов образуются: стабилизированный активный ил, азот, очищенная вода.

После вода идет во вторичные отстойники — их 15. Глубина — около 4 метров, диаметр — 40 метров. Здесь ил отстаивается в течение 3-5 часов, оседает, его удаляют и отправляют обратно в аэротэнки. Вода собирается в лотки и идет на хлорирование, а потом сбрасывается в Исеть  (Приложение 3)

1.5.  Водоснабжение загородного дома

Водопровод в частном доме — это не роскошь, а самая насущная необходимость. Не согласиться с этим утверждением может лишь тот, кому никогда не приходилось таскать бесконечные ведра воды из общественной колонки или ближайшего колодца. Если возможности подключиться к централизованному водопроводу нет, остается организовать автономное водоснабжение.

Оно начинается с поиска подходящего источника воды. Обычно у владельцев дома есть два варианта решения проблемы: колодец или скважина. Колодец считается одним из наиболее доступных и распространенных источников воды для частных домов. Этому способу отдают предпочтение, если вода находится на глубине 5-15 метров. Глубина залегания и производительность являются главными критериями при устройстве колодца. Находящейся в источнике воды должно быть достаточно для удовлетворения потребностей жильцов. При наличии колодца можно обеспечить жилище жидкостью в размере 500 литров в сутки.     

Скважины «на песке» называется так из-за того, что в процессе устройства копают верхние слои песчаного грунта, идущие вслед за слоем суглинки, служащей отменным фильтром для грунтовых вод.  Её глубина может достигать который пролегает относительно неглубоко — в 10-50 метров от поверхности. После бурения скважины в нее опускают трубу из металла или пластика, которая плотно прилегает к грунту и не дает ему осыпаться. Далее, проводится обустройство водоснабжения Воду из такой скважины добывают с помощью погружного насоса. Он и поднимает воду с глубины. Может располагаться непосредственно в скважине (погружной) или работать на поверхности (поверхностный). Первый вариант обеспечивает забор воды с большей глубины. Второй удобнее монтировать и обслуживать, он предпочтительней при больших сезонных перерывах (на дачном участке, например). Но поверхностный насос не обеспечивает подъема с глубин свыше 8 метров.

Далее вода поступает в гидроаккумулятор. Он представляет собой стальной или пластиковый резервуар. В нем имеется резиновая емкость, куда накачивают воздух. Этот сжимаемый объем и создает давление в системе и вытесняет воду. Она проходит через песчаные косые фильтры, которые предотвращают проникновения песка в систему. Затем через фильтры тонкой очистки потом поступает к источникам разбора (кухню, ванную комнату).

Автоматика следит за перепадами давления. При падении давления ниже заданного уровня она включает насос, при достижении — выключает. Так создается стабильное давление в системе и нормальная подача воды. 

После использования вода поступает в канализацию.

Для владельцев загородных домов подключение к централизованной канализации чаще всего не возможна, поэтому организуют локальную канализационную систему.

Самый простой, но далеко не самый удобный вариант, к тому же, требующий частого обращения к услугам ассенизационных машин. Для ямы необходимо правильно выбирать ее местоположение.

Она должна находиться в месте, доступном для подъезда машины и расположенном на достаточном расстоянии от дома, что предохранит жилое пространство от неприятных запахов.

Второй вариант организация септиков в них очистка стоков осуществляется анаэробными бактериями – микроорганизмами, работающими при отсутствии кислорода. Степень очистки сточных вод в септиках составляет примерно 75%. При использовании септиков для доочистки стоков в грунте сооружают дренажные поля или дренажные колодцы, что требует немалых материальных и трудовых затрат. Основным достоинством септика является его независимость от электроснабжения.

На основании полученных данных мы нарисовали схемы передвижения воды до нашего дома в городской квартире и на даче (Приложение 4) Обозначили проблемы, которые могут возникнуть на пути воды. Это позволило нам начать работу над экологической моделью «умного полива» на нашем приусадебном участке с помощью конструктора LEGO.

Глава 2. Практическая часть

2.1 Экологическая модель «умного полива» на приусадебном участке с помощью конструктора LEGO

Сначала мы с помощью программы PowerPoint придумали как схематично будет выглядеть наша модель, но собрать её не получилось, т.к. установить объект не было технической возможности.

Затем схема была переделана. Новая схема позволила составить компьютерную программу, с помощью которой будет работать система «умного полива» теплицы (Приложение 5).

Умный полив состоит из двух частей:

  1. Управляемое наполнение резервуара.
  2. Организация капельного полива теплицы.

На следующем этапе нашего проекта мы собрали модель по нарисованной схеме. Это позволило запустить компьютерную программу и опытным путём проверить работает модель или нет.

Модель состоит из кубиков, балок, и других запасных частей фигурок, датчиков на движение и моторов LEGO (Приложение 5).

Основная идея: в колодец наливается вода, когда колодец наполняется насос останавливается и срабатывает система капельного полива. Воду в нашей модели заменяют кубики LEGO. Когда мы кидаем кубик в колодец, показывая наполнение, срабатывает датчик и мотор насоса останавливается. Сразу после этого запрограммированно срабатывание второго мотора, организующего капельный полив.  И это повторяется два раза, чтобы был качественный полив.

Практическое применение: на даче, когда набираешь колодец, бочку или любую другую ёмкость, надо постоянно отслеживать, чтобы вода не переливалась.  Нужно отследить и вовремя выключить насос. Для облегчения этого процесса и придумали модель.  Кроме сбережения воды описанная модель позволяет беречь финансы, поскольку не происходит перерасхода сил, воды и электричества.

Кроме основных компонентов на модели собраны два дома, качели с ребятами, полянка с цветами, дерево. Все эти компоненты нуждаются в воде. Без воды не будут расти деревья и травы не смогут жить люди. А в доме вода нужна везде: для питья, приготовления пищи, стирки и уборки и ещё очень много всего делается с помощью воды.

Заключение

Вода нужна для всего живого на земле. Без воды не будут расти деревья и травы не смогут жить люди. А в доме вода нужна везде: для питья, приготовления пищи, стирки и уборки и ещё очень много всего делается с помощью воды.  

В своей работе мы:

  1. Провели исследование и при помощи программы «Калькулятор водного следа» выяснили сколько воды потребляет наша семья. В первую неделю мы потратили очень много воды. Наш суммарный вредный след составил около 4000 литров в сутки. Когда мы проанализировали свои расходы воды и начали её экономить Суммарный водный след составил 1557 литров. Чтобы сэкономить воду мы: выключали воду при чистке зубов или бритье, принимали душ, используя экономичный рассеивать, выключали воду при мытье посуды, использовали экономичный режим бытовой техники, использовали воду вторично.
  2. выяснили, что прежде чем попасть к нам в дом вода проходит длинный и сложный путь. Полученная информация позволила нам создать схему движения воды и выделить проблемы: протечки, микробы, ржавчина, неисправное оборудование. 

Осуществляя работу над моделью «умного полива» на нашем приусадебном участке с помощью конструктора LEGO, мы нарисовали схемы, но первая попытка сделать модель не удалась, так как не удалось поставить объект технически. Затем схема была переделана, по ней мы собрали модель и с помощью компьютерной программы опытным путём проверили работает модель или нет.

 Наше предположение, о том, что если решить проблему утечки воды, то это приведёт к её сбережению, а также экономии семейного бюджета оказалась верным.

 Созданная нами модель позволяет решить проблему утечки воды и финансов:

  1. Вода не переливается так как мы можем регулировать необходимый объём при помощи датчика.
  2. Контролируем подачу воды.
  3. В связи с тем, что подача воды капельная, её расход меньше чем при большом потоке.

         Всё это приводит к экономии воды, а также сбережению семейного бюджета.

Результаты своей проектной деятельности мы представили на региональном конкурсе «РОБОФЕСТ-ЕКАТЕРИНБУРГ-2018» (Приложение 6). А также на научно – практической конференции в МАОУЛицее130 (Приложение 7).

 

 

Список источников и литературы

 

  1. Волцит П. Почему из крана вода течёт ? - М: изд-во «АСТ», 2017-20с
  2.  Шарыгина Т.А. Беседы о воде и природе. Методические рекомендации. - М . ТЦ  Сфера, 2017.-96с.
  3. Экология реки/ под общ. ред. Н.Б. Прохоровой Екатеринбург:  ФГБУ РосНИИВХ, 2017-36с.
  4. http:// water-rf.ru
  5. http:// wrm.ru
  6. http://www. cawater-info. Net
  7. e1.ru
  8. moydomik.net

Приложение № 1

Презентация

25.03.2019 в 13:07
20
Добавил NikElena
Рейтинг 5.0 / 1
Загрузок нет
Комментариев нет
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
Регистрация | Вход

Свидетельство о регистрации средства массовой информации - Эл № ФС77 - 75208 от 07 марта 2019 г. Зарегестрированно в Роскомнадзоре. 0+

Разработано в Divine Draft