Приготовить растворы. Для этого в одной банке растворить пакетик марганцовки в полулитре воды, а в другой – два пакетика аскорбиновой кислоты в таком же объеме воды.

Вылить в бутылку с песком стакан раствора марганцовки, перемешать палочкой для равномерного распределения раствора по всему объему. Добавить туда же стакан раствора аскорбиновой кислоты и сразу же еще раз перемешать. Оставить смесь на полчаса для формирования каталитического слоя. Песок должен приобрести темно-коричневую окраску.

Открыть пробку в нижней части бутылки, слить избыток жидкости до уровня песка. Залить в бутылку воду для очистки от железа. Система готова для фильтрования. Первый литр воды надо вылить, а последующие можно использовать для питья и приготовления пищи.

Признаком отработки катализатора (окончания его действия) является осветление песка, особенно в верхней части загрузки.

В этом случае надо слить воду до поверхности песка и регенерировать каталитический слой, то есть повторить обработку раствором марганцовки и аскорбиновой кислоты, при этом надо уменьшить объемы растворов вдвое (на полстакана раствора марганцовки – полстакана раствора аскорбиновой кислоты). После регенерации фильтрующую загрузку надо промыть 1 литром воды. После промывки установка готова к эксплуатации.

В таблице 4 представлены данные по работе нашей установки до и после регенерации каталитического слоя.

Таблица 4. Очистка воды путем фильтрования через песок с марганцевым катализатором (объем загрузки 500 мл).

3. Экономическая оценка предлагаемой нами установки обезжелезивания воды

Из данных, представленных в таблице 4, следует, что наша установка за один цикл очищает примерно 7-8 литров воды, содержащей первоначально 28 мг/л двухвалентного железа. При фильтровании природной воды объем очищенной воды может существенно увеличиться, так как содержание железа в естественных источниках в несколько раз меньше (см. таблицу 1). Таким образом, при полученной продуктивности установки можно рассчитать ее себестоимость и сравнить ее с ценой фильтров, поступающих в продажу.

Суммарная стоимость реагентов для приготовления растворов равна:

80 руб.(5 г KMnO4) + 240 руб.(2,5 г С6Н8О6) + 240 руб.(2,5г С6Н8О6)= 560 руб.

Этого количества хватает на три цикла, то есть примерно для получения 25 литров воды. В настоящее время один из самых дешевых фильтров в Центральном универмаге г. Минска стоит 20 тысяч 130 рублей (фильтр «Аквафор»). Его ресурс – 1000 литров воды. Расчет показывает, что для очистки 1000 литров нашего рабочего раствора на нашей установке надо израсходовать 22 тысячи рублей, для природной воды эта сумма может быть намного меньше. Следовательно, по экономической оценке наша установка может успешно конкурировать с фирменными фильтрами.

Выводы

Таким образом, в результате проделанной работы:

1) выбран способ обезжелезивания воды, наиболее приемлемый для воспроизведения в школьных и бытовых условиях;

2) отработана методика капельного анализа для определения наличия железа в очищенной воде;

3) изучена эффективность действия фильтрующих загрузок с марганцевым катализатором на основе катионита и силикатного песка;

4) изучена возможность формирования каталитического слоя на силикатном песке из веществ, доступных рядовому потребителю;

5) выработаны рекомендации для населения по приготовлению и эксплуатации простейшей установки обезжелезивания воды.

Список используемых источников информации

1. Аткинс Р. Биодобавки. Природная альтернатива лекарствам. ООО «Попурри», Минск, 2004.

2. Белянин Б.В., Эрих В.Н. Технический анализ нефтепродуктов и газа. Изд. «Химия», Ленинград, 1975.

3. Горбачев В.В., Горбачева В.Н. Витамины. Макро- и микроэлементы. Справочник. Книжный Дом Интерпрессервис, Минск, 2002.

4. Горошко Н.Н., Цобкало Ж.А., Ильина Н.И. Методические рекомендации по подготовке к практическому туру олимпиады по химии. Журнал «Хімія: праблемы выкладання», № 2, 2005.

5. Грищенко М., Квитинский А. Влияние сорбции метилоранжа на обменную емкость сульфокатионита. Научно-исследовательская работа по химии. СШ № 64, Минск, 2002 г.

6. Казьмин В. Йод и железо для вашего здоровья. Изд. БАРОпресс, Ростов-на-Дону, 2005.

7. Какова ситуация с питьевой водой в Беларуси в целом? Журнал «Вода», июнь, 2004.

8. Карякин Ю.В., Ангелов И.И. Чистые химические вещества, «Химия», Москва, 1974 г.

9. Ковалев А.Я Еще раз об обезжелезивании воды. Журнал «Вода», сентябрь, 2003.

10. Ковалев А.Я. Обезжелезивание воды – что это? Журнал «Вода», июль, 2003.

11. Кульский Л.А. и др. Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды. Часть 2. Изд. «Наукова думка», Киев, 1980.

12. Моисеева Е. Глоток воды во время зноя летнего. Газета «Минский курьер», №195(707), 25.08.05.

13. Николадзе Г.И. Обезжелезивание природных и оборотных вод. Стройиздат, Москва, 1978.

14. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. Изд. «Химия», Санкт-Петербург, 1994.

15. Самойлов И.В. Как очистить воду. Изд. «Феникс», Ростов-на-Дону, 2000.

16. Фильтры разные нужны. Газета «Комсомольская правда в Беларуси», 28 сентября 2005 г.

17. Химическая энциклопедия, том 1. Изд. «Советская энциклопедия», Москва, 1988.

Приложение 1

Методика приготовления рабочего раствора [12]

Для приготовления 0,1 М раствора надо в раствор 50 мл концентрированной серной кислоты в 200 мл воды внести 40 г соли Мора Fe(NH4)2(SO4)2·6H2O, после растворения разбавить водой до 1 литра.

Для приготовления 0,0005 М раствора (рабочий раствор) надо отмерить пипеткой 5 мл 0,1 М раствора и разбавить водой до 1 литра.

Приложение 2

Методика количественного определения концентрации раствора Fe3+ [14]

Определение с(Fe3+) основывалось на нахождении количества свободного йода, выделяемого при окислении ионами железа (III) йодид-ионов:

FeCl3 + KI = KCl + FeCl2 + 1/2I2, или

Fe3+ + I- = Fe2+ + 1/2I2

с помощью раствора тиосульфата натрия: