Как давно человек использует воду
Если сравнить цель, стоявшую перед древними и стоящую перед современными гидрологами и гидротехниками, то окажется, что она не изменилась. Если ее сформулировать в общей форме: освоение и регулирование водных объектов. Однако задачи, которые решаются в рамках этой общей цели, неимоверно расширились. Кроме тысячелетних потребностей в воде для сельского хозяйства, водоснабжения населенных пунктов, защиты от наводнений и использования водных объектов как транспортных артерий, появилось множество других задач: промышленное водоснабжение, теплоэнергетика, рекреация, разбавление сточных вод, рыбоводство, марикультура, подводная добыча полезных ископаемых — вот далеко не полный перечень областей использования и применения воды.
Находясь еще только на грани перехода от прачеловека к человеку, это существо, как и многие животные, использовало воду не только для утоления жажды, но и для других процедур типа купания. По мере совершенствования, появления новых навыков, развития производства орудий охоты и труда человек стал потреблять все больше и больше воды для разнообразных нужд: в гончарном деле, в обработке шкур убитых животных, в выплавке металла. По мере развития цивилизации, освоения новых полей деятельности человеку требовалось все больше и больше воды. Развитие цивилизации можно измерять в литрах потребляемой на душу населения воды. Сейчас в самой развитой стране мира — США — на душу населения потребляется в сутки около 7000 л воды, тогда как в некоторых развивающихся странах — не более 30 л, т. е. в 200 раз меньше. Человек каменного века потреблял, видимо, менее 10 л воды в сутки. Зато римляне в период расцвета Римского государства потребляли до 700 л воды на человека в сутки, т. е. намного больше, чем сейчас потребляют в ряде развивающихся стран, и больше, чем потребляли жители Рима в средние века. А в период правления императора Траяна (98-117 гг), когда население Рима достигало 1 млн. человек, на каждого жителя приходилось до 1000 л воды в сутки (заметим, что 1968 г — только 475 л). Поэтому в литрах воды можно оценивать расцвет и упадок цивилизаций, стран и городов.
Археологические находки, древнейшие записи дают представление о широком использовании ирригации и гидротехнических сооружений в древности. В Междуречье 7-8 тыс. лет назад создавались насыпи для устройства поселений, защищенных таким путем от наводнений. Они были окружены полями, на которых проводилось орошение и осушение земель. Около 6 тыс. лет назад там появляются первые города, окруженные полями с искусственным орошением. Так же давно искусство орошения возникло в долине реки Хуанхэ в Китае. В государствах Шумер и Аккад 5-6 тысячелетий назад проводились работы по регулированию рек Тигра и Евфрата, строились большие каналы, использовавшиеся не только для орошения, но и для водоснабжения населенных пунктом, и как транспортные системы. Возникают законы, регулирующие водопользование. В одной из статей ассирийского свода законов, составленного 3500 лет назад, говорилось: «Пусть каждый совершит работу на своем поле и оросит свое поле».
Последнее тысячелетие до нашей эры оказалось периодом расцвета гидротехнического искусства. В это время создаются многие выдающиеся гидротехнические сооружения, руины или иные свидетельства о которых дошли до нашего времени. К этому же периоду относится ряд изобретений, связанных с водой. Начинают использоваться водяные мельницы. Первые такие мельницы были в государстве Урарту. Один из жерновов урартской мельницы хранится в музее города Тбилиси. Появляется водоподъемное сооружение типа «журавля», использующее принцип рычага, водоподъемное колесо и архимедов винт, которые применялись в Древней Греции, где существовали крупные ирригационные системы.
Искусственное орошение и система водоснабжения населенных пунктов вначале обычно совмещались. Но по мере роста городов и городского населения возникла необходимость строить отдельные системы водоснабжения населенных пунктов. Это был второй скачок в росте водопотребления на душу населения. Системы водоснабжения использовались для удовлетворения бытовых нужд, а также некоторых других хозяйственных потребностей, например в ремесленном производстве. Хорошо известны водопроводы Экбагана в Ассирии, построенные по приказу легендарной царицы Семирамиды, водопроводы в Иерусалиме, на острове Самое, в Карфагене. Афины в период расцвета, когда их население достигало 200 тыс. человек, имели 8 водопроводов. Во многих местах Южной Европы и Северной Африки и сейчас можно встретить руины римских водопроводов. Первый водопровод в Риме был построен в 313 г. до н. э. В самом начале нашей эры 9 водопроводов давали до 88 ведер воды на каждого жителя, или примерно 700 л в сутки, а в конце XIX в. идеальным считался расход 12,5 ведра на человека в сутки, средний же расход поды на человека принимался равным 5,5-6,75 ведра в сутки, т. е. примерно 40-50 л. Большие достижения римлян в строительстве гидротехнических сооружений стали возможными благодаря изобретению ими бетона, в котором вода играет существенную роль, а также свинцовых и керамических водопроводных труб.
Вместе с появлением практических задач и попыток их решения возникла наука о воде — гидрология, возраст которой, по мнению американского гидролога Раймонда Нейса, насчитывает 5000 лет. Вначале это был просто накопленный опыт ирригационных работ. Но как раз 5000 лет назад египтяне начали ежегодно фиксировать высоту паводка на Ниле, отмечая ее на скалах, стенах сооружений, ступенях береговых лестниц. Затем они стали создавать специальные колодцы, прямо связанные с рекой: в центре их ставились колонны с делениями, по которым и определялась высота паводка. По высоте паводка оценивался будущий урожай, а на основе оценки урожая можно было установить размер налога.
В это же время зарождаются основы гидравлики — науки о законах равновесия и движения воды. Кто из нас не помнит закона Архимеда? Вода стала использоваться для измерения времени — была изобретена клепсидра, водяные часы. А знаменитый Ктесибий из Александрии сумел создать много весьма сложных водяных механизмов.
После гибели Рима в 4 в. в Европе начался средне вековой период застоя и опустения, были забыты многие достижения греческой и римской культуры, а произведение Витрувия было прочитано и комментировалось только через полторы тысячи лет. Ирригационные системы во многих странах Европы приходили в упадок, водопроводы оказались разрушенными. Загрязненная вода вызывала опустошительные эпидемии в грязных вонючих средневековых городах, откуда они распространялись на сельскую местность. Вымирали целые города и районы. А в это время на еще не открытом Американском материке ацтеки строили свои гидротехнические сооружения, искусно организуя водоснабжение городов, защищаясь от наводнений, создавая гидропонную ирригацию вокруг возведенного среди озера города Теночтитлана — будущего Мехико. Появившиеся через сто лет после завершения сооружения крупнейшего Чапультепекского акведука воины Кортеса не пощадили многие гидротехнические сооружения ацтеков.
Источник
Какова роль воды в природе и жизни человека?
Разные уголки нашей планеты заполняют различные вещества. Можно ли сказать, какое из них самое важное на Земле? Конечно, без любого из них трудно представить нашу жизнь, но все же однозначный ответ на этот вопрос есть. Это вода.
Вода – удивительное вещество, которое проникло повсюду: и поверхность Земли и тело человека состоят из воды более чем на 70%. Океаны, моря, реки, родники. Вода заполняет подземные пустоты и трещины, пропитывает почву. Туман и облака – это тоже вода. Даже в камне можно обнаружить микроскопическое количество воды.
Но вода — это не только самое распространенное вещество. Без него не будет возможным существование на Земле живых организмов. Человек, животные и растения могут жить длительное время только благодаря воде.
Вода в жизни животных и растений
Животным и растениям нужна вода. Они пьют её и напитываются влагой. Вода – главная составляющая любого растения или тела животного. Благодаря воде происходит транспортировка питательных веществ по организму и выводятся вредные вещества.
С листьев растений постоянно испаряется вода, поэтому, чтобы поддерживать свой организм здоровым, растениям нужен постоянный источник влаги.
Молодые животные плохо переносят недостаток воды. Для правильного развития и роста организма им нужно больше воды, чем взрослым животным. При недостатке воды уменьшается активность и кровообращение. Животное может начать меньше употреблять пищи, что сказывается на процессе роста.
У каждого животного есть свой период, который он может прожить без воды. Например, курица может просуществовать от 7 до 24 дней. Жвачные животные до 1 месяца. При этом они теряют в весе до 50%.
Но для многих животных и растений вода – дом родной, в котором они живут. Они приспособились жить в воде и не могут жить вне воды. Сложно вообразить, сколько бы животных и растений человек не увидел бы в своей жизни, если бы не существовало водоемов: рек, морей и океанов, где живут тысячи организмов.
В океане обитает самое крупное млекопитающее на Земле – синий кит и одна из самых маленьких рыбок – шиндлерия, вес которой всего 2 мг. Между этими двумя крайностями существует невероятное разнообразие рыб, крабов, осьминогов, морских звезд, всевозможных моллюсков, кораллов и морских млекопитающих.
Многие тайны и загадки океана до сих пор остаются неразгаданными, но каждый год ученые открывают все новые и новые виды неведомых прежде животных и растений.
Человек и вода
И, конечно, вода нужна людям. Каждый день человеку необходимо восполнять водный баланс в организме. Каждому человеческому органу нужна вода. В тканях легких содержится до 90 % воды, в крови – до 80%. Головной мозг содержит до 75%, а суставы — до 24% воды. Даже в зубах человека содержится 0,2% воды. Поэтому так важно ежедневно выпивать значительное количество чистой питьевой воды. Некоторая вода целебна для организма и может лечить болезни.
Вряд ли найдется человек, который бы никогда не говорил или не слышал слов: «Какая вкусная вода!» или, наоборот, «Не вкусная вода». Но ведь вода не имеет вкуса! Тем не менее вода, которую мы берем из водопроводного крана или колодца, имеет вкус и запах. Объясняется это совсем просто. Есть у воды такое свойство – быть растворителем. В разных местах в земле есть разные вещества, и растворяются они в воде в разных количествах. Эти растворившиеся вещества и придают вкус воде. Так в некоторых местах образуются лечебные минеральные воды. В зависимости от того, какие вещества растворены, эти воды могут лечить разные болезни. В местах, где в земле обнаружены минеральные воды, строят санатории.
Однако важную роль вода играет в быту, при хозяйственных нуждах человека. Чтобы не болеть человеку нужно поддерживать в чистоте свое тело, т.е. с помощью воды он очищает тело. Практически ни одно блюдо нельзя приготовить без использования воды.
Водоемы играют важное значение в жизни человека. Первые города возникали именно на берегах рек и озер. Из рек человек брал воду для питья и полива растений. Также реки кормили человека рыбой. Некоторые реки судоходны и по ним перевозят грузы, да и сами люди часто путешествуют с помощью водного транспорта.
На реках часто строят гидроэлектростанции, где для получения электроэнергии не сжигают природные ископаемые, а используют природную силу воды в качестве источника энергии.
Но естественных водоемов, т.е. созданных природой, не всегда хватает человеку для эффективного существования. Поэтому создаются искусственные водоемы для хозяйственных нужд: водохранилища, каналы, пруды. Из водохранилищ города берут воду для домов, по каналам можно легко проплыть из одной реки в другую и быстрее доставить груз, а в прудах разводят рыбу для питания людей.
Вода – скульптор
Как известно, в природе совершается постоянный круговорот воды в природе, во время которого происходят удивительные вещи, например, благодаря тому, что вода постоянно перемещается, могут образовываться пещеры. Как это происходит? Вода течет по земле. Течет вода постоянно и под землей. Трудом капелек воды на протяжении долгого времени создан целый мир огромных пещер, подземных «дворцов». Вода прокладывала себе путь через разные легкорастворимые вещества и уносила их с собой. В результате образовывались подземные пустоты – пещеры.
Капли воды, просачивались сквозь щели в пещерах, долго висели на потолке. Частично они испарялись, а частично падали на пол. Там они тоже в конце концов испарялись. А на потолке и на полу оставались следы — содержащиеся в каплях различные вещества. От одной капли след, конечно, мал. Но если капель бесчисленное множество и если они упорно трудятся много-много лет, то образуются сосульки, колонны, нити и другие украшения пещер. Сосульки, свешивающиеся с потолка, называют сталактитами, а столбы, поднимающиеся им навстречу — сталагмитами.
В пещерах живут особые животные. Для древних людей пещеры служили жилищами. Есть специальные пещеры, куда водят туристов. За счет своей необычности и красивых видов пещеры являются местом действия многих фантастических фильмов.
Заключение
Однозначно можно утверждать, что без воды не было бы жизни на Земле. Вода – это основа всего живого на Земле и без нее наша планета ничем бы не отличалась от других планет Солнечной системы. Самой природой заложена зависимость человека и других организмов от воды.
Источник
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
