Как люди используют воду для охлаждения

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 как охладитель

В качестве охладителя, вода используется давно и широко. В том числе и в производственных процессах.

Кипяток как охладитель

Существует технология, когда для охлаждения используют кипяток.

Так охлаждали то, что имеет температуру выше 100°С, используя теплоту от парообразования. Этот подход использовался, например, на металлургических предприятиях.

Почему воду используют для охлаждения

Доступность и сравнительная «дешевизна» воды это не единственная причина, по которой она так широко используется для охлаждения. Все дело в ее свойствах и особенностях.

Теплоемкость воды

Вода обладает высоким показателем теплоемкости. То есть она поглощает тепло, но сама при этом нагревается очень незначительно.

Железо, например, обладает теплоемкостью в 10 раз меньше чем у воды. А песок — в пять раз менее теплоемкий.

Вода — терморегулятор планеты

Это свойство воды делает ее главным терморегулятором планеты. Принимая на себя тепловую энергию, вода стабилизирует тепловой режим нашей планеты в разное время года и суток.

Аномальная удельная теплоемкость

Но удельная теплоемкость воды просто аномальна. Она разная при разных температурах:

• От 0°С до 37°С теплоемкость воды уменьшается.
• Около 36,6°С теплоемкость достигает минимального значения. Обращает на себя тот удивительный факт, ведь эта температура совпадает с нормальной температурой человека!
• С дальнейшим повышением температуры воды, ее теплоемкость опять растет.

В отрицательном диапазоне температур наблюдается похожая картина поведения показателя теплоемкости воды. Минимальное значение удельная теплоемкость воды приобретает около -20°С.

Все эти факты, открытые человеком позволяют более эффективно использовать уникальные качества воды. И понимать природу удивительных возможностей воды.

Но новые открытия впереди. А вода еще ждет своих исследователей!

Источник

Талая вода: польза и вред для организма человека, свойства замороженной жидкости, как ее правильно замораживать и пить

Потребление жидкости для человека – необходимое условие выживания и здоровья, потому что мы более чем на 70% состоим из молекул Н2О. Выпивать необходимо в день не менее двух литров, а при большой физической нагрузке это значение увеличивается. В статье мы расскажем про талую воду: что это такое, можно ли пить, полезные свойства, польза и вред для организма человека, приготовление, отзывы.

Способ замораживания с последующим размораживанием позволяет произвести очистку водного раствора, сделать его мягче (соли жесткости просто выпадут в осадок), а также придать ему приятный вкус, убрать посторонний запах. Многие врачи, а также сторонники нетрадиционной медицины утверждают, что приготовленная таким способом жидкость в несколько раз полезнее. Однако необходимо быть осторожным – не каждый ресурс можно использовать без предварительной обработки. Сначала следует пропустить его через фильтр или иную сорбционную систему. О том, как производить подготовку, мы еще расскажем. А пока переходим к описанию способа.

Что значит «талая вода», чем она хороша и как ее получить

Это Н2О (плюс незначительное количество примесей, например, хлор, соединения железа, натрия, магния), которая подверглась криогенной обработке. Иным словами, с помощью холода было достигнуто состояние льда, а затем посредством теплого воздуха произведено размораживание. Казалось бы – зачем?

Дело в том, что при замораживании любое вещество меняет свою кристаллическую решетку, то есть изменяется внутреннее строение кристаллов. Не углубляясь в химию и модель прикрепления электронов, отметим: ученые доказали, что деформации на внутреннем уровне привели к изменениям физических свойств. Здесь важно разделить весь цикл на два этапа.

• Заморозка. При воздействии минусовых температур жидкость превращается в дейтериевый лед. При этом начинается все с поверхности. В тот момент, когда реакция еще не протекла до конца, можно невооруженным взглядом увидеть, как все крупные примеси опускаются на дно. А сам ледяной кубик становится прозрачным – любая мутность уходит. При этом влага, которая еще не успела заморозиться, по своим качествам сильно напоминает родниковую.
• Оттаивание. Это постепенный процесс, во время которого происходит разморозка с созданием необыкновенно четкой молекулярной структуры. В течение 17 часов держится кристально прозрачный цвет, и состав талой воды считается наиболее пригодным для употребления. Это объясняется нахождением в метастабильном состоянии, то есть молекулы легко отрываются от своих связей и вступают в активную реакцию со всеми клетками организма, являясь как бы транспортом для кислорода и других полезных веществ.

После этого цикл можно считать завершенным. Но была произведена очистка, что уже прекрасный эффект.

Целебная сила такой жидкости известна давно, она использовалась в основном в народной медицинской практике. Причем изготавливали ее еще проще – зимой просто выходили на улицу, зачерпывали снег и ставили в теплое помещение. Но экологи утверждают, что это небезопасно, потому что в процессе оседания на поверхность в состав добавляются опасные примеси.

С водой при заморозке происходит то, что затрачивается энергия на изменение агрегатного состояния. А при оттаивании она возвращается. Такой мощный энергетический запас объясняет то, как стремительно начинают расти после весенней оттепели все растения.

Свойства

Сперва несколько слов о содержании. По своим характеристикам такая жидкость мало чем отличается от дистиллированной, то есть в ней фактически нет солей и витаминов. Минеральной ее не назовешь ни в коем случае. Для тех, кто следит за своей фигурой, также отметим, что баланс БЖУ, как и калорийность, – нулевые. Из всех примесей, которые там могут остаться в минимальном количестве, можно выделить только натрий или кальций, но низкое содержание позволяет их фактически не учитывать.

Какими свойствами обеспечивается полезность талой воды?

• Молекулы быстро проходят сквозь клеточные оболочки, насыщая кислородом непосредственно само ядро клетки.
• Увеличивается скорость метаболических процессов.
• Молодые клеточки начинают ускоренно расти и делиться.
• Происходит улучшенное и упрощенное взаимодействие с другими микроэлементами легкое вступление в реакции.

С молекулярной точки зрения, налаживается слаженная работа всех микроорганизмов. Это также влияет на высвобождение энергетического запаса – организм начинает вырабатывать больше энергии, становится активнее. Талая вода – это какая? Та, что не содержит дейтерия — тяжелого водорода, которым часто обогащен водопроводный ресурс. Он негативно сказывается на клеточной структуре.

И последнее, но не по значению, свойство – это максимальная чистота от примесей. В том числе в водном растворе не обнаружено солей, хлоридов, изотопов и других примесей. Интересно, что этот способ очистки используют даже в промышленных целях в больших объемах. При этом во время замораживания первый лед, который появляется на поверхности, выбрасывается (это дейтерий). Остаток переливают и повторяют процесс. Но теперь сливается нижний незамороженный слой. А серединка, превратившаяся в лед, растапливается и используется по назначению. Это не единственный метод, более подробно о вариантах заморозки поговорим ниже.

Источник