Тип урока: Повторение, систематизация и обобщение полученных знаний.
Вид урока: Ролевая игра – заседание экологического комитета.
Цели урока:
- Обучающие.
Методы и методические приемы. Самостоятельная работа учащихся с научно-популярной литературой, подготовка сообщений, выполнение лабораторных опытов и демонстрационного эксперимента, диалогический метод изложения знаний с элементами исследования.
Оборудование и реактивы:
Таблицы, подготовленные учащимися:
- карта рек г. Черняховска.
- “Основные источники загрязнения водоемов г. Черняховска”.
- “Расход воды на различных предприятиях”.
- “Простейшие – обитатели водоемов”.
- “Схема производственного водооборотного цикла”.
- “Схема очистных сооружений г. Черняховска”.
Глобус, мультимедиа-проектор, демонстрационный экран, пробирки, универсальная индикаторная бумага, растворы.
Уроку предшествовали экскурсии на очистные сооружения г. Черняховская, Водоканал, химические лаборатории некоторых предприятий.
Ход урока
Неужто завтра замрут моря?
Умолкнут птицы, застынут сосны?
Уже не сможет взойти заря,
И спросит небо: неужто поздно?
Так поклянемся, что мы спасем,
И это небо в надеждах звездных,
Спасем планету – наш добрый дом,
Пока не поздно, пока не поздно.
Да, людям всех стран нужна цветущая земля, чистые реки и моря, чистый воздух.
Поэтому тема нашего сегодняшнего заседания – “Очистка воды. Охрана водоемов. Наше заседание мы откроем отрывком из повести Юрия Томилина “Карусели над городом”, который будет являться эпиграфом этого заседания:
“На вид это была вполне невинная речка. Еще не так давно в ней водились окуни и плотва и даже раки, которые, как известно, любят чистую воду. Но несколько лет назад фабрика игрушек начисто перевела в ней всякую живность. Дольше всех, говорят, продержалась старая щука. Но и она ушла, не выдержав, вниз по течению в другую реку, где погибла от тоски и одиночества: у этой щуки была красная голова, зеленое брюхо, синий хвост и другие щуки не хотели с ней разговаривать”.
План нашего заседания (перечислить цели урока).
Урок проводится в форме заседания экологического комитета. Представляю Вам членов экологического комитета, которые по моей просьбе более глубоко занимались вопросами изучения водоемов нашего района. Итак, начнем наше заседание.
Уважаемые коллеги!
Мы собрались сегодня на очередное заседание нашего экологического комитета.
На основании публикации в средствах массовой информации и фотодокументов, перед нами встала картина нарушения водопользования в нашем городе и районе. Поступили тревожные сигналы.
Так в газете “Полюс” от 16 июля 2007 года было сообщено о том, что в районе территории локомотивного депо произошла утечка мазута из двух цистерн. Нефтепродуктами было загрязнено около 50 квадратных метров земли. Часть их попала в находящееся рядом озеро. Природной среде был нанесен определенный вред.
Газета “Комсомольская правда” “2 от 12 января 2008 года сообщает, что угроза попадания в реку Преголю из-за трещины в трубопроводе миновала.
Наш экологический комитет особое внимание уделил фактам из бюллетеня экологической обстановки Калининградской области (которые ежемесячно печатаются в СМИ), а также на доске приведены данные анализов химических лабораторий сточных вод некоторых предприятий города Черняховска.
1-й эксперимент: Вода на Земле – самое распространенное вещество. На глобусе хорошо видно, что только % нашей планеты занимает суша, а остальные % – вода. Космонавты, впервые увидевшие Землю из космоса, говорили, что она выглядит совсем не как земной шар, а скорее, как водяной шар.
Однако воду надо беречь. Представьте себе, что вода исчезла бы с нашей планеты. Появились бы мрачные зияющие “глазницы” морских и океанских впадин, покрытые толстым слоем соли. Пересохли бы русла рек, замолкли родники. Горные породы стали бы разрушаться (выветриваться), поскольку в их состав тоже входит химически связанная вода. Ни кустика, ни цветочка, ни единого живого существа не осталось бы на мертвой земле. Значение воды трудно преувеличить.
Вопросы эксперта к классу:
1. Что можно добавить о значении воды на Земле?
Ответ: Согласно эволюционной теории жизнь зародилась в воде. Живые существа на 2/3 состоят из воды. Обратимся к таблице “Вода, вода, кругом вода”, в которой сказано, что кровь человека на 90% состоит из воды, мышцы – на 75%, кости – на 28%, стекловидное тело глаза – на 99%. Вода – обязательный компонент каждой живой клетки. Ни одно живое существо не может обойтись без воды. Обезвоживание организма на 12-15% приводит к нарушению обмена веществ, а потери до 25% воды – к гибели организма. У кого есть дополнение к этому вопросу?
2-й ученик: В организме идет постоянное обновление воды. В кактусах, например, обновляется вода в течение 28 лет, у черепахи – 1 год, у верблюда – 3 месяца, у человека – 1 месяц. Без воды человек может прожить 7–9 дней, в то время как без пищи – 30–50 дней.
Вода участвует и в растворении веществ, в образовании крахмала, сахара, жиров, теплообмене организма.
Вода – среда обитания многих растений и животных.
Вода необходима для процесса фотосинтеза. Человек использует воду в сельском хозяйстве для полива, а промышленности как сырье и растворитель. На берегах рек и озер, люди отдыхают, занимаются спортом и закаливанием.
В беседу включается руководитель экспертной группы, изучавшей источники загрязнений реки Преголи:
Вода – самое уникальное вещество на Земле. Казалось бы, воды очень много, но пресной воды катастрофически не хватает. В одних районах земли льют частые дожди, бывают сильные наводнения, а в других месяцами не бывает дождя, стоит засуха.
По просьбе учителя ученики называют самые засушливые места на нашей планете -пустыни. Учащиеся отмечают, что основные запасы пресной воды сосредоточены в ледниках Антарктиды, Гренландии.
На долю пресной воды приходится всего 2% от ее общей массы. Обычно думают, что человек использует воду в основном в быту. На самом деле, значительная часть воды расходуется на промышленных производствах и сельском хозяйстве.
2-й эксперт {подходит с указкой к таблице): для доказательств сказанного посмотрите на таблицу, в которой указаны нормы потребления воды для производства различных веществ и материалов.
Расход воды при производстве некоторых веществ и материалов
| Произведенный материал | Количество | Расход воды в тоннах |
| Прокат | 1 т | 200 |
| Черновая медь | 1 т | 500 |
| Алюминий | 1 т | 1200 |
| Синтетическое волокно | 1 т | 2000–5000 |
| Бумага | 1 т | 250–400 |
| Цемент | 1 т | 5 |
| Сахар | 1 т | 3 |
| Ткань | 100 м | 25 |
А теперь рассмотрим вопрос: Где и как берут воду для удовлетворения различных нужд города? Мы побывали на водозаборной стации, где познакомились с правилами получения очистки и подачи воды в город. На нашем водоканале имеется 27 артезианских скважин (одна немецкая). В каждой скважине находятся глубинные электронасосы, при помощи которых из подземных источников вода поднимается на поверхность и поступает в специальные емкости – отстойники, объемом по 2000 кубических метров каждая. В этих емкостях вода в течение нескольких часов отстаивается, чтобы осели взвеси, которые удаляются механическим путем через специальные отверстия. Затем вода фильтруется через песчаные фильтры и отправляется в хлоратурную для обеззараживания. Готовая вода перекачивается в накопительные резервуар для подачи воды в город.
Суточная потребность города в воде – 18–20 тыс. кубических метров.
Часть воды идет в квартиры на бытовые нужды, другая часть на различные предприятия, которые, использовав ее, сбрасывают в водоемы недостаточно очищенную.
А теперь коллеги, проделав путь от добычи, очистки и подачи воды к потребителям, мы подошли к другой, не менее важной проблеме - отходам производства. Давайте рассмотрим с Вами, что является причиной загрязнения водоемов. Ими могут служить различные виды деятельности человека. На нашем заседании мы рассмотрим только некоторые предприятия, которые являются источниками загрязнения водоемов и чем загрязнены воды.
Сейчас представитель экспертной группы расскажет об экологической обстановке, которая сложилась на реке Анграпе.
Черняховск расположен в живописной впадине при слиянии 2-х крупных рек – Инструча и Анграпы, дающих начало 3-й реке – Преголе, главной водной артерии Калининградской области, впадающей в Калининградский залив.
Реки города Черняховска равнинного типа, принадлежат к бассейну Балтийского моря. Питание рек смешанное, – подземными и дождевыми водами. Замерзают реки в середине декабря, вскрываются – в начале марта. Подъем уровня воды в период весеннего половодья (март–апрель) достигает 1–2,5 метра.
Как Вы знаете, в нашем городе находятся ряд крупных и средних промышленных предприятий, которые в своем производственном цикле используют воду. Это такие, как Мясокомбинат, Авторемонтный Завод, КПД, Автоколонна, Железная Дорога, Кожевный завод и ряд других, которые являются потенциальными источниками химического загрязнения реки Анграпы, в которую производится сброс сточных вод.
А теперь посмотри, что может находится в сточных водах некоторых из этих предприятий? Например, Авторемонтный завод, Автоколонна, Локомотивное Депо – отходы нефтепродуктов.
Авторемонтный завод, Завод “Карат”, Кожевный завод - в сбрасываемых водах находятся сульфаты, хлориды, нитраты, нитриты и другие.
Все в природе взаимосвязано. И на степень загрязненности воды влияет степень загрязненности атмосферы. Например, котельные выбрасывают в атмосферу значительное количество неметаллов (это оксиды серы и азота), которые соединяясь с атмосферной влагой и кислородом воздуха превращаются в кислоты и выпадают в виде кислотных дождей, что способствует образованию кислых бесплодных почв. Попадая в водоемы, они значительно закисляют их, вызывая тем самым гибель практически всех водных обитателей. Например, тысяча озер, рек и речек в Скандинавии уже лишены рыбы из-за того, что выпадающие осадки бывают временами сильно обогащены серной кислотой. В период, когда загрязнение достигает высокого уровня, люди жалуются на головные боли, раздражение глаз и носоглотки. Присутствие взвеси кислоты в воздухе, главным образом серной, приводит к увеличению количества приступов у больных астмой.
Влияние вредных веществ рассмотрим на примере Кожевного завода. В пробе воды, которая имела серый цвет и затхлый запах были обнаружены следующие соединения (давайте назовем основные).
Результаты анализа: по нефтепродуктам, жирам, взвешенным частицам - нитраты сточной воды данного завода превышают ПДК.
Эти загрязнения не безвредны. Насыщения водоемов азотом, фосфором и их соединениями приводит к быстрому развитию сине-зеленных водорослей (фитопланктона), происходит “цветение воды”. Водоросли, достигнув своего развития, отмирают, начинается их гниение, которое сопровождается потреблением растворенного в воде кислорода. Содержание кислорода в водоеме сокращается и начинается гибель рыбы и моллюсков, которые участвуют в самоочищении воды (до 15 литров в сутки пропускают только через себя моллюски). Необходимо отметить, что абсолютными чемпионами по загрязнению воды стали нитраты и фосфаты. Здесь Я хочу обратить Ваше внимание, что при современном уроне технологии практически не возможно очистить сточные воды от данных примесей, а тем не менее их избыток в организме человека вызывает головную боль, головокружение, сердечно-сосудистые заболевания.
Отходы нефтепродуктов, например, мазут, солярка, бензин, керосин, вместе со сточными водами попадая в водоемы, растекаются по поверхности воды, образуя плавающую плотную эластичную пленку. Эта пленка уменьшает испарение воды, препятствует насыщению кислородом, но испаряется сама и загрязняет атмосферный воздух, нарушает процессы тепло и газообмена, в результате чего погибает икра и молодь рыб, погибает планктон (простейшие организмы, обитающие в водоеме и являющиеся пищей для рыб). При концентрации нефтепродуктов 0,05–0,5 мг/л и более в водоеме рыба приобретает неприятный керосиновый запах.
Пары нефтепродуктов при концентрации 10 мг/м3 и более в воздухе вызывает у человека заболевания органов дыхания и центральной нервной системы, повышенную утомляемость.
Теперь вернемся к тем статьям в газетах, о которых говорилось ранее: при утечке мазута из емкостей в районе локомотивного ДЕПО нефтепродуктами было загрязнено около 50 квадратных метров земли, а часть их попала в находящееся рядом озеро. На основании статьи № 84 Закона РФ “Об охране окружающей природной среды” Локомотивное ДЕПО было оштрафовано 500 000 рублей. Во втором случае в результате прорыва нефтепровода в поселке Речное, Гвардейского района на поверхность земли вылилось примерно 11-12 тонн нефти. Создалась реальная угроза попадания нефти в реку Преголя. Следы “черного золота” были обнаружены и в 1,5 км от нефтепровода. Часть ее просочилась в почву, попала в мелиоративные сети. Активно ведется очистка загрязненных территорий. Для этих мелей используется множество техники, в том числе и самые современные нефтеловушки, полупроницаемые покрытия и т.д. Масштабы аварии велики, уточняется нанесенный природе ущерб. Сейчас самое главное – ликвидировать последствия до весеннего половодья и не дать нефти оказаться в водах Преголи.
На основании этого мы можем сделать вывод о том, на сколько серьезно отношение руководителей города и района к вопросам экологии.
После ознакомления с отрицательным действием загрязнителей, перейдем к рассмотрению природоохранных мер. Чтобы предотвратить попадание загрязненных вод в водоемы, создается специальное сооружение, которое называется Городской станцией Очистки.
У Вас может возникнуть вопрос: Почему мы совершили экскурсию именно на Городские очистные сооружения? Просто, при расположении промышленных предприятий в городах или вблизи них выпуск промышленных сточных вод производится в городскую канализацию или водоемы. Тогда очистка смесим бытовых и промышленных сточных вод в этом случае, осуществляется на единых очистных сооружениях, что мы рассмотрим на примере нашего города.
Давайте сейчас вместе с Вами подытожим, все то, что видели на экскурсии.
Очистные сооружения нашего города были построены немцами задолго до войны, в наши дни реконструкция их не коснулась по финансовым причинам. По прогнозам специалистов Водоканала им около 100 лет. Станция очистки пропускает через себя за сутки только 70% сточных вод, а 30% сбрасываются в реку неочищенными. Очистные сооружения нашего города включают только механический способ. При этом способе не растворяемые примеси удаляются из сточных вод через систему отстойников и разного рода ловушек. Обратите внимание на схему очистных сооружений. Попадая на станцию, сточные воды проходят через стержневую решетку, где улавливаются крупные нерастворимые в воде загрязнители и бытовые отходы (бумага, полиэтиленовые пакеты и прочее). Решетки устанавливаются на очистных сооружениях при поступлении на них сточных вод самотеком. Решетка – это первая ступень предочистки. Затем мусор механически собирают с решетки и отправляют в специальную печь для сжигания. Очищенная от мусора вода попадает в песколовку или пескотстойник – емкость, напоминающую плавильный бассейн, где движение воды замедляется на столько, что песок и другие грубые частицы успевают осесть на дно, пока вода перетекает через край. Затем они механически извлекаются оттуда и вывозятся на свалку. После предочистки вода проходит первичную очистку – медленно пропускается через крупные резервуары – первичные отстойники. По конструкции резервуара различают вертикальные и горизонтальные отстойники. Здесь она в течение нескольких часов остается почти неподвижной. Это позволяет самым тяжелым частицам органического вещества, составляющим от 30–50% его общего количества, осесть на дно, откуда их собирают. В тоже время жирные и масляные вещества всплывают к поверхности и их снимают как сливки.
Обратите внимание, что при первичной очистки всего-навсего “заливают” грязную воду в сосуд, дают отстояться и сливают.
Для доказательства сказанного рассмотрим опыт.
Вода, покидающая первичные отстойники все еще содержит от 50 до 70% неосевших органических коллоидов и почти все растворенные биогены. Затем, очищенная вода по трубам поступает на слив в реку ниже водопада.
А мы продолжим с Вами разговор о современных методах очистки, которые включают в себя еще биологические, химические и физические.
Для биологической очистки применяют специальные сооружения – аэротинки. Их длина около 100 м. В 6 аэротинков подается биологический ил, содержащий микробактерии, знакомые нам простейшие организмы: амебы, инфузории, жгутиковые и водоросли (назовите их, пожалуйста).
Ил, который содержит все эти организмы, называется активным. В аэротинках он перемешивается с водой. Вода здесь становится черной от хлопьев ила, как бы “кипит”, насыщаемая кислородом, поступающем из воздуходувной станции. Вода кажется чернее и грязнее, чем была в приемной камере, однако именно здесь, в аэротинках, происходит метаморфоза оживления.
Видимые только в микроскоп простейшие организмы, для жизнедеятельности которых нужен кислород, возвращают воде жизнь: окисляют примеси, уничтожают все то, что не удалось извлечь из воды при механической очистке. Биологическая очистка длится около 7 часов. Во вторичных отстойниках хлопья ила легко оседают, его опять отправляют на “работу” в аэротинки. А вода поступает в контактные резервуары, где очищается химическим способом.
Во время биологической очистки химического метода погибают болезнетворные микробы. Например, городские сточные воды могут содержать более 10 мг/г кишечных палочек в 0,1 мл воды, а на выходе в реку их содержание составляет до 2 кишечных палочек в том же объеме.
Для очистки промышленных стоков сложного состава применяется физический метод. При этом методе электрический ток пропускается через промстоки, что приводит к выпадению большинства загрязняющих веществ в осадок. .
А теперь члены экспертной группы расскажут нам о результатах химического анализа воды.
В случае залпового сброса в канализацию большого количества токсичных примесей (промышленных отходов или сточных вод) микроорганизмы в воде могут погибнуть. Чтобы этого не произошло, для промышленных предприятий разработаны специальные нормы содержания вредных веществ в сточных водах. Контроль за их соблюдением должна осуществлять специальная единая общегородская химическая лаборатория очистных сооружений, которой у нас нет по финансовым причинам. Но некоторые предприятия нашего города имеют свои химические лаборатории. Здесь проводят анализы воды на кислотность, щелочность, на содержание хлорид и нитрат анионов и катионов тяжелых металлов. В крупных лабораториях такие анализы делают с помощью сложных приборов – анализаторов. Используя реактивы и оборудование школьной лаборатории, можно тоже провести анализ воды, конечно, менее углубленный.
А теперь проведем несколько опытов, результаты которых должны будут подтвердить нам факт загрязнения промышленных сточных вод. Возьмем образец вод, взятой со станции очистки, и исследуем ее на кислотность и щелочность среды, наличие нефтепродуктов, ионов хлора, сульфат ионов и т.д. Я предлагаю всем членам экологического комитета выполнить эту задачу и убедиться, сравнив полученные результаты в правильности вывода экспертной группы, которая провела химический анализ воды ранее.
ВНИМАНИЕ! При помощи универсальной индикаторной бумажки исследуем рН среды (приближенное значение рН пробы воды можно получить, погрузив конец полоски в образец воды на 1–5 минут, вынув полоску из пробы, нужно сравнить ее со шкалой, изображенной в памятке). Теперь выполним опыты, подтверждающие наличие в сточной воде ионов хлора, обнаруживая их с помощью реактива АgNO3. Условимся сразу, Вы конечно понимаете, что определить точное количество хлоридов мы не можем, но для нас важен сам факт выпадения осадка, который свидетельствует о наличии данных ионов (это может быть слабая, сильная и т.д. муть). Основными источниками загрязнения промышленных сточных вод являются сульфаты,, исследуем образец воды на наличие сульфатов при помощи ВаС12.
О наличии примесей нефтепродуктов мы можем судить по наличию радужной пленки на поверхности воды, или по масляному пятну, которое образуется на фильтрованной бумаге после высыхания капли воды.
В заключении хочу сказать, что все предприятии нашего города имеют свои очистные сооружения в виде различных нефтеловушек, отстойников, войлочных фильтров. Но эти сооружения не могут в полной мере решить проблему защиты водоемов от загрязнения, и это мы могли с Вами наблюдать на экскурсии. Чтобы сохранить воду чистой, надо перестать рассматривать водоемы как резервуары для отбросов.
На крупных предприятиях эта проблема может быть решена посредством перехода на замкнутую систему водоснабжения или бессточную технологию, т.е. технологию, при которой на предприятии осуществляется оборот использованной и затем очищенной воды, а из внешних водных источников только пополняются ее потери.
Сейчас уже не только проектируют, но и строят предприятия, на которых полностью ликвидирован сброс сточных вод. Особенно это важно для предприятий химической, целлюлозно-бумажной и металлургической промышленности. На некоторых из них уже сейчас использование оборотной воды составляет более 80%.
В г. Черняховске на замкнутую систему водообеспечения не перешло ни одно предприятие.
В целях сохранения чистоты окружающей среды необходимо, чтобы в ближайшие годы все предприятие, особенно расположенные в густонаселенных районах страны, перешли на комплексную малоотходную или безотходную технологию переработки сырья.
Хотелось бы, чтобы Вы поняли, что проблема охраны и очистки воды с каждым годом становится острее. Не исключено, что в ближайшем будущем кому-то из Вас здесь сидящих, придется решать вопросы экологии нашего города, района, области.
Для закрепления материала предлагаю Вам несколько задач, связанных с различными экологическими ситуациями.
Задача № 1. Один из путей защиты биосферы от загрязнения – очистка сточных вод на промышленных предприятиях. Современные очистные сооружения достаточны эффективные, но дорого стоят. Будучи директором крупного завода и имея в своем распоряжении значительную сумму денег, как Вы поступите:
- положите деньги в банк для уплаты штрафов за загрязнение природной среды;
- вложите деньги в строительство очистных сооружений;
- часть денег вложите в расширение производства, а часть используете на расширение зарплаты рабочим?
Задача № 2. Вычислите объем чистой воды, которая бесцельно расходуется при плохо закрытом кране за час и за сутки, если стакан (250 мл) наполняется за минуту? (Ответ: 15 л за 1 час, 360 л за сутки).
А теперь подведем итоги заседания экологического комитета.
Мы пришли к выводу, что дома, в школе, во время отдыха, особенно на природе, а в будущем на производстве – необходимо бережно относится к воде и рационально ее использовать.
Определим основные пункты нашей экологической программы:
- Вода – бесценный природный дар, необходимый для жизни всего живого на Земле.
- Пресной воды на Земле совсем немного (примерно 2% от общей массы).
- На предприятиях следует внедрять малоотходные технологии и замкнутые системы водоиспользования, предусматривать уменьшение выбросов в атмосферу, водоемы, на открытее участки почвы, а также строительство очистных сооружений.
- Нельзя сливать неочищенные сточные воды промышленных предприятий и животноводческих ферм в закрытые водоемы.
- За нарушение водопользования человек несет ответственность, предусмотренную законодательством РФ.
Наше заседание я хочу закончить словами:
Сегодня мы достигли таких вершин цивилизации, когда человек должен быть не только “потребителем” природы, но и ее покровителем, ее сотворцом. Сегодня уже не только мы зависим от природы, а и она от нас. Нашей волей и нашим разумом – этим величайшим даром Времени и Пространства, той же Природы и Истории – мы должны противостоять нарушения экологического равновесия.
Не наноси вреда земной красе.
Земля тогда на нас не обижается,
Когда дома отражены в росе,
А в окнах их ромашки отражаются.
Задание на дом:
Повторить § 18, 33. Написать краткий отзыв о проведенном уроке.
Литература:
- О.С.Габриелян. Химия 8 класс. М. : Дрофа, 2006.
- О.С.Габриелян, Н.Р.Воскобойникова, А.В.Яшукова. Настольная книга учителя химии. 8 класс. М. : Дрофа, 2002.
- В.А.Крицман. Книга для чтения по неорганической химии. Москва “Просвещение” 1983.