Для чего люди используют пресную воду

Вода и ее применение

Общеизвестно, что жизнь на планете Земля возникла благодаря наличию воды. Именно воду или признаки ее присутствия в прошлом ищут американцы на планете Марс, чтобы ответить на вопрос, была ли жизнь на Марсе.

Вода — наиболее распространенное, доступное и дешевое вещество. В воде зародилась жизнь, вышла из нее, постепенно заселив сушу и воздух. Без воды немыслима жизнь на планете Земля, немыслима жизнедеятельность человека. Именно доступность и незаменимость воды обусловила ее широкое применение в быту, промышленности и сельском хозяйстве, медицине — во всех сферах человеческой деятельности. Трудно вспомнить, где вода не применяется. Но именно это и создает проблемы, связанные с ее подготовкой к использованию, с ее очисткой .

Вода — жидкость без запаха, вкуса, цвета (в толстых слоях голубоватая); плотность р = 1,000 г/см3 (при 3,98°С), Тплавл. = 0°C, Ткип = 100°C. Одно из самых распространенных веществ в природе. Гидросфера занимает 71% биосферы. Биосфера, включающая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами, ничтожно тонка — от глубин океанских впадин до высот снежных вершин слой биосферы достигает толщины всего 20 км, что составляет лишь 0,3% радиуса Земли. К тому же эта обетованная пленка на поверхности Земли в основном водная, и в этом смысле наша планета является планетой Воды.

Заглянем в «Словарь» Брокгауза и Ефрона: «минерал» (от mina — подземный ход, штольня) — это название дают однородным твердым или жидким неорганическим произведениям природы, определенного химического состава, входящим в состав твердой оболочки земли, а также и других небесных тел.

Таким образом, жидкая вода — жидкий минерал, твердая вода (лед) — твердый минерал. В последние десятилетия обнаружены большие запасы топлива в виде твердых кристаллогидратов природных углеводородов. Вода — прекрасный растворитель и потому невозможно встретить в природе жидкую «чистую» воду, то есть воду, в которой не растворены неорганические и органические вещества. Вода — прекрасная среда обитания живых организмов и потому невозможно встретить в природе «чистую» воду, т.е. воду, в которой бы не обитали микробы, бактерии, моллюски, рыбы и т.д.

Столь универсальный по свойствам и широте распространения минерал нашел чрезвычайно широкое использование в жизнедеятельности человека. Вода используется в быту, в промышленности, в сельском хозяйстве — где угодно. Приведу примеры того, в каких объемах используется вода.

В теплоэнергетике вода — теплоноситель и рабочее тело. Тепловые электростанции используют на производство одного гигаватта электроэнергии 32-42 м3 в секунду воды. В частности, на охлаждение конденсатора турбины только одного энергоблока используется от 6 до 10 тыс.м3/ч. Если учесть, что в 1990 г. СССР произвел 1,726 млрд ГВт-ч электроэнергии, а к 2010 г. планировал увеличить производство электроэнергии только на ТЭС на 50-55%, то можно считать, что развал СССР, резкое падение производства и значительное снижение объемов производимой электроэнергии спасли республики бывшего СССР от экологической катастрофы. В металлургии вода используется для охлаждения оборудования, как теплоноситель и как рабочее тело для ТЭС, которые есть на каждом металлургическом комбинате, но не относятся к Министерству энергетики. То есть, не учтены в вышеприведенных цифрах. Только на охлаждение одной доменной печи используется до 10 тыс.м3/ч.

В химии вода — растворитель; один из реагентов некоторых химических реакций; «транспортное средство», то есть среда, позволяющая перемещать реагенты, продукты реакции из одного технологического аппарата в другой; теплоноситель и хладагент в тепловых процессах. В конечном итоге, вывод в окружающую среду жидких отходов производства осуществляется тоже в виде водных растворов и суспензий. Указать общие объемы воды, используемой химической промышленностью, не представляется возможным. Чтобы иметь хоть какое-то представление об объемах используемой воды и водных растворов, укажу, что только содовые заводы СССР выпускали в год свыше 1 млн т кальцинированной соды, а на производство 1 т кальцинированной соды (только в виде раствора хлорида натрия — рассола) расходовалось 5,5 м3 рассола. Потом в технологическом процессе этот объем увеличивался приблизительно в два раза и выводился в виде жидких отходов. Перемножить между собой эти цифры сможет сам читатель.

В медицине вода — растворитель, лекарственное средство, средство санитарии и гигиены, «транспортное средство». Повышение уровня медицинского обслуживания и рост народонаселения планеты Земля естественным образом ведет к росту водопотребления на медицинские цели.

В сельском хозяйстве вода — транспортное средство питательных веществ к клеткам растений и животных, участник обменных реакций, участник процесса фотосинтеза, реакций гидролиза, регулятор температуры живых организмов. Объемы воды, которые затрачиваются для полива сельскохозяйственных растений, при кормлении животных, птицы, не уступают объемам, используемым промышленностью.

В быту вода — средство санитарии и гигиены, участник химических реакций, протекающих при приготовлении пищи, теплоноситель, транспортное средство, удаляющее продукты жизнедеятельности человека в канализацию. Норма водопотребления на одного человека существенно разная по отдельным городам. Так, например, в Санкт-Петербурге она — 0,70 м3/мес, в среднем по Украине — 0,32 м3/мес, а в Европе — 0,11 м3/мес. Вспомните о приблизительно 6 млдр. человек, населяющих планету Земля и вам станет ясно, почему время от времени возникают разговоры о все возрастающих проблемах с питьевой водой даже в «мокрых» регионах планеты.

Что такое «чистая» вода?

Понятно, что для минерала, происходящего из разных месторождений, разного состава и столь широкого диапазона применения не могут быть сформулированы единые требования по «качеству». К сырой воде, то есть воде из источника водоотбора, требования одни. К «очищенной» воде, то есть воде, подготовленной к дальнейшему использованию, требования совершенно другие.

Более того, представления о качестве используемой воды с годами меняются, отражая:

• знания о влиянии на живой организм или технологический процесс отдельных компонентов раствора, называемого водой;
• разработанные и освоенные методы анализа;
• уровень развития науки и техники;
• «обратную связь» между потребляемой человеком водой и тем набором растворенных веществ, твердых включений и микроорганизмов, которые сбрасываются в виде сточных вод, жидких отходов промышленного и сельскохозяйственного производства.

Например, лет 200 назад для оценки качества питьевой воды использовались только органолептические методы: оценка цвета, вкуса, запаха. Сейчас перечень анализов, выполняемых санитарной лабораторией предприятия пищевой промышленности, размещается на двух страницах, заполненных мелким шрифтом. По традиции в таком списке остаются и органолептические показатели качества. Полученные в виде анализа знания о составе воды из источника водоснабжения должны вести к технологическим приемам очистки от тех или иных загрязнений. Так мы естественным образом переходим к обсуждению методов водоподготовки и водоочистки.

Что такое водоподготовка и очистка воды?
Обратимся к справочной литературе.
Энциклопедический словарь медицинских терминов сообщает: «Очистка воды (син. очистка природных вод) — комплекс санитарно-технических мероприятий, направленных на удаление примесей, представляющих опасность для человека».
Малая медицинская энциклопедия: «Очистка воды — обработка воды с помощью различных технологических приемов (коагуляция, фильтрация и др.) с целью улучшения ее органолептических и физико-химических свойств в соответствии с требованиями ГОСТ — см. «вода».
Сельскохозяйственный словарь: «Очистка воды — приведение качества исходной воды в соответствие с требованиями потребителя. Способы очистки воды: осветление (устранение мутности), обесцвечивание (устранение органических веществ), обеззараживание, дезодорация, опреснение, умягчение».
Большая Советская Энциклопедия: «Водоподготовка — обработка воды, поступающей из природного водоисточника на питание паровых и водогрейных котлов или для различных технологических целей. Водоподготовка производится на ТЭС, транспорте, в коммунальном хозяйстве, на промышленных предприятиях.

Подведем итог.
Водоподготовкой условились называть приведение качества воды в соответствие с требованиями промышленных предприятий. Очисткой воды, используемой для нужд человека и животных, называют приведением качества воды к нормам, обусловленным соответствующими ГОСТ.

Очисткой сточных вод, сбрасываемых промышленными и коммунальными предприятиями, по аналогии назовем приведение состава жидких стоков в соответствие с нормами ПДК (предельно допустимых концентраций).

Как уже отмечалось выше, в связи с ростом знаний и ухудшением экологической ситуации как следствием жизнедеятельности человека нормы на потребляемую воду все время пересматриваются. Чтобы им соответствовать, совершенствуются технологии очистки воды, оборудование.

Например, фармакопея США (USP) дает определение нескольким типам воды: очищенная вода, вода для инъекций, стерилизованная вода, стерильная вода для инъекций, стерильная бактериостатическая вода для инъекций, стерильная вода для ингаляций и стерильная вода для орошения. USP устанавливает нормы методов стерилизации и расфасовки для отдельных видов используемой воды.

Источник

Вода для большого города

Цель занятия: сформировать у учащихся представление о водопотреблении и современном состоянии водной среды, а также об основных экологических проблемах, связанных с хозяйственным использованием источников пресной воды, и о рациональном водопользовании.

Оборудование и материалы: технические средства обучения (проектор, компьютер, электронная презентация занятия), иллюстративный материал, карточки с заданиями, листы ватмана, маркеры.

Выполнение заданий

Задание 1. Вспомните свойства пресной воды.

Перечислите известные вам физико-химические свойства воды и выпишите их на ватман. Вспомните смысл ключевых понятий: круговорот воды, водоснабжение, сброс сточных вод. (Три агрегатных состояния воды, плотность воды 1 г/см 3 , образование льда при температуре 0 °С, кипение при 100 °С, прозрачность, способность растворять вещества, необходимость для жизнеобеспечения.)

Задание 2. Какие водоемы относятся к пресным?

Вспомните и перечислите типы пресных водоемов. (Реки, ручьи, озера, пруды, болота, каналы, подземные воды. Следует напомнить, что водоемы бывают как естественного происхождения – реки, озера, болота, так и созданные человеком для определенного назначения – пруды, водохранилища, каналы). Какие из перечисленных водоемов могут оказаться пригодными для водопользования, а какие нет и почему? (Наиболее пригодны реки и подземные источники.)

Задание 3. Как и для чего используется пресная вода?

Перечислите все возможные хозяйственные нужды, на которые человек использует воду, и расположите их в виде пирамиды.

Объяснение нового материала

1. Источники и использование пресной воды

Люди используют пресную воду для различных хозяйственных нужд, из которых основное место занимают орошение сельскохозяйственных земель и производство энергии. В меньшей степени вода расходуется в промышленности и на бытовые нужды, включая и питьевую воду. В качестве источников пресной воды используют наземные природные воды (в основном реки, озера) и грунтовые подземные воды.

2. Берем воду «взаймы» у Природы

Вся вода, которую мы используем, изымается из природного круговорота воды, а возвращается в него уже загрязненная, с большим количеством отходов. Бытовые и коммунальные стоки попадают в реки, заливы и моря через систему городской канализации. Промышленные предприятия, как правило, расположены на крупных природных водоемах, где получают неограниченное количество воды, используют ее и сбрасывают вместе с отходами. Смыв воды с полей вместе с содержащимися там удобрениями и химикатами также загрязняют природные воды.

3. Экологические проблемы

Использование воды в хозяйственных целях порождает следующие проблемы.

А. Природные источники могут давать лишь ограниченное количество воды. Возникает опасность перерасхода речной воды и существенных изменений в экосистемах водосборных районов. Например, отвод воды из реки может сказаться на состоянии прилегающих болот и пойменных лугов – они пересыхают, т.к. не подпитываются периодическими паводками; в результате изменяется видовой состав таких экосистем.

Б. Использование грунтовых вод ведет к сокращению их запаса и проседанию грунта. Объем подземных вод превосходит запасы наземной воды в 70–80 раз, но грунтовые воды также истощаются, если потребление из них воды идет быстрее пополнения. При уменьшении объема грунтовых вод может происходить постепенное опускание поверхности суши, называемое проседанием грунта. В населенных пунктах это приводит к разрушению дорог, фундаментов зданий, водопроводной и канализационной сетей, на побережьях – к затоплению и разрушению береговой зоны.

В. Вода, которая возвращается в природу, сильно загрязнена. Это опасно как для здоровья человека, так и для состояния окружающей среды, особенно водоемов. Сточные воды среднего по размеру города содержат следующие загрязнители:

– смытая в процессе разрушения почва;
– остатки удобрений, инсектициды и гербициды, применяемые в садах и парках;
– различные химические соединения, образующиеся при износе дорожного покрытия;
– сажа и ядовитые вещества выхлопных газов транспорта;
– горючее и машинное масло с дорог и автостоянок;
– мусор и растительные остатки;
– сточная вода жилых помещений и предприятий;
– отходы предприятий промышленности, использующих воду (наибольшее количество загрязнителей дает целлюлозно-бумажное производство).

Загрязнение поверхностных и подземных вод

Г. Биокумуляция ядовитых веществ, содержащихся в воде. Наибольшую проблему при загрязнении природных вод создают различные ядохимикаты, содержащиеся в бытовых, промышленных, сельскохозяйственных и других сточных водах. Они присутствуют в низких концентрациях, с трудом выводятся из вод, а также способны длительно накапливаться в живых организмах.

Большинство загрязнителей принадлежат к двум группам: тяжелые металлы (свинец, ртуть, кадмий, железо, хром и др.) и синтетические органические соединения (бензол, фенол, диоксины, гексахлорциклогексаны, хлорированные бифенилы и многие другие). Все ядохимикаты, присутствующие в окружающей среде в малых дозах в течение длительного периода, опасны из-за способности к накоплению в организме, что приводит к мутациям, раку, различным патологиям.

В природе токсины движутся по пищевым цепям, на последних звеньях которых их концентрации могут увеличиваться в сотни тысяч раз по сравнению с окружающей средой.

Выполнение заданий

Задание 4. Составьте схему круговорота воды с учетом всех видов ее «изъятия», использования и сброса загрязненной воды (различные виды загрязнений – промышленное, сельскохозяйственное, бытовое и пр.) обратно в природные водоемы. Выполнить это задание можно сначала на ватмане или доске, а потом в тетрадях. Начните схему с типичного водного источника – реки.

Главный вывод: из замкнутого цикла круговорота воды забирается чистая вода, а обратно возвращается загрязненная; загрязнения поступают в природные водоемы, откуда вода снова берется на использование. Рост уровня загрязнения природных водоемов пагубно влияет на живые организмы и на качество питьевой воды.

Задание 5. Проведите опрос учащихся в своей группе по следующему вопроснику и проанализируйте ситуацию с потреблением питьевой воды.

– Кто пьет дома воду из-под крана, а кто покупает ее в бутылках?
– Кому доводилось пить воду в других городах России? В других странах? Насколько отличается наша вода от зарубежной?
– Используете ли вы дома фильтры для очистки воды?

Объяснение нового материала

4. Доставка воды потребителю

(Проводится с использованием раздаточного материала.)

Вода, используемая в быту, обычно берется из реки или из подземных источников в области водозабора. В Калининградской области это река Преголя, группа питьевых озер и подземные воды в некоторых местах области. Очистка и подготовка воды обычно идет по следующей схеме:

водоем ––> фильтры грубой очистки для удаления крупных примесей ––> водохранилище для отстаивания воды (удаляются мелкие примеси) ––> обеззараживание воды для уничтожения патогенных микроорганизмов (обычно хлорирование) ––> флокуляция (осаждение взвешенных веществ в воде на осадке гидроксида алюминия) ––> пропускание через песчаные фильтры ––> резервуары очищенной воды ––> водопроводная сеть ––> потребитель.

Очистка сточных вод

– среднестатистический россиянин потребляет 272 л воды в сутки;
– около 50 млн человек в нашей стране пьют воду с повышенным содержанием железа;
– за последние годы в водных объектах обнаружено около 750 химических соединений, из которых 600 являются канцерогенами и практически не обезвреживаются на водопроводных станциях.

5. Осторожно! Водопроводная вода!

Главными причинами низкого качества питьевой воды «из-под крана» являются:

– загрязненность водозаборов;
– применение хлорирования;
– плохое качество водопроводных сетей;
– несовершенство песчаных фильтров.

Наибольшую опасность в подготовке питьевой воды представляет технология ее хлорирования, поскольку приводит к появлению в воде так называемого «связанного хлора» – результата взаимодействия хлора и некоторых органических соединений. Среди продуктов хлорирования есть канцерогенные и токсичные соединения, не имеющие запаха и практически не удаляющиеся при кипячении и отстаивании воды (к ним относятся такие вещества, как линдан, диоксины, бутилхлорид, трихлорфенол и др.).

Загрязненность питьевой воды зависит также от того, из какого материала сделаны водопроводные трубы. Например, чугунные водопроводы, проложенные более 80 лет назад, до сих пор работают исправно. А вот стальные трубы, проложенные в 1970-е гг. уже доставили много хлопот. Кроме того, из-за плохого качества труб, содержание железа в воде превышает нормы ГОСТа.

Заключительные задания

Задание 6 (выполняется в группах). На уже разобранной схеме «изъятия воды» найдите участки, соответствующие наибольшему вкладу в загрязнение воды (как природной, так и потребительской). Предложите, как можно минимизировать вред, наносимый природе и здоровью человека.

Задание 7. Альтернативные источники воды.

(Учащимся раздают карточки с изображениями альтернативных источников водоснабжения: лесных озер, болот, подземных источников.)

Дайте анализ плюсов и минусов конкретного альтернативного источника по сравнению с используемыми в настоящее время по следующим критериям:

– чистота воды в источнике;
– мощность источника (хватит ли воды для обеспечения города);
– удобство забора воды;
– доставка воды потребителям.

Главный вывод: оптимальным решением проблем водоснабжения является улучшение экологического состояния ныне действующих источников воды.

Задание 8. Очистка водопроводной воды в домашних условиях.

В домашних условиях можно очень просто организовать очистку воды способом вымораживания (перекристаллизации). Подберите эмалированную кастрюлю с крышкой, которая помещается в морозильную камеру холодильника. Наполните кастрюлю кипяченой водой комнатной температуры так, чтобы между крышкой и водой оставался зазор в 3 см (в этом случае вода будет замерзать снизу и с боков, а под самой крышкой за сутки замерзнуть не успеет). Вода должна замерзнуть наполовину или на две трети. В центре кастрюли останется незамерзшая вода бурого цвета, содержащая загрязнения. Эту воду нужно слить, оставшийся лед промыть и растопить. Следует помнить, что полученная вода по составу близка к дистиллированной, и в ней отсутствуют соли кальция, магния и др., так что перед употреблением этой воды для питья необходимо восполнить их недостаток.

Раздаточный материал к занятию

Станция водозабора – подъем воды на очистительные установки

Расходуется много энергии

Удаление крупного мусора и частиц, содержащихся в воде

Пропускание воды через специальные решетки

Резервуар для отстаивания воды

Удаляются мелкие примеси

Обеззараживание воды (хлорирование)

Добавление хлора из баллонов, хлорамина или гипохлорита натрия

Расход химических препаратов

Осаждение примесей с помощью гидроксида алюминия

Пропускание через песчаные фильтры

Удаление остаточных взвешенных частиц и примесей

Резервуар очищенной воды

Вода подготавливается к отправке в водопроводную сеть

Водопроводная сеть – отправка воды потребителю

Насосы накачивают очищенную воду в водопроводную сеть

Источник