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 в природе
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.
Вода и человек
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.
>> Рациональное использование и охрана водных ресурсов
§ 36. Рациональное использование и охрана водных ресурсов
Вспомните
Отличия пресной
и соленой воды
Распространение
морей и океанов
на Земле
Где находятся
районы
с большими запасами пресной воды
Размещение засушливых районов
Причины дефицита пресной воды. Вода - самое распространенное на Земле вещество. Водная оболочка, гидросфера, содержит 1,4 млрд км 3 воды, из них воды суши составяют только 90 млн км 3 .
Моря и океаны занимают 71 % поверхности земного шара, поэтому существует представление о неисчерпаемости водных запасов. Однако соленые воды морей и океанов используются людьми очень мало, а получение пресной воды за счет атмосферных осадков и ледников локально и ограничено.
В последнее время возник острый дефицит пресной воды, хотя общее ее количество огромно. Больше всего пресной воды расходуют на орошение. При этом получают высокие устойчивые урожаи, поэтому расход воды на орошение будет увеличиваться. По прогнозам, использо
вание воды на орошение к 2000 г. достигнет 37% всех ресурсов пресных вод, или около 7000 км 3 в год (рис. 116).
Потребление воды увеличивается с ростом народонаселения и все возрастающей его концентрацией в городах и промышленных центрах. Уже сейчас около трети населения Земли испытывает недостаток в чистой пресной воде. Это касается почти всех крупных городов.
Недостаток воды стал особенно ощутим в связи с увеличением ее рас ходования на нужды промышленности. Так, для выплавки 1 т чугуца и перевода его в сталь и прокат требуется 300 м 3 воды, 1 т никеля 4000 м 3 , 1 т синтетического каучука - 3600 м 3 , 1 т капрона - 5600 м*
Все в больших количествах вода идет на разбавление отходов к 2000 г. на эти цели будет расходоваться более 34% общегодовой потребности человечества в пресной воде.
Возросший дефицит пресной воды связан с загрязнением водоемов промышленными и бытовыми стоками. Особенно сильно загрязняют поверхностные воды отходы целлюлозно-бумажных, химических, металлургических, нефтеперерабатывающих предприятий , текстильных фабрик и сельского хозяйства.
К наиболее распространенным загрязнителям относятся нефть и нефтепродукты. Они покрывают поверхность воды тонкой пленкой толщиной 10~4 см2, препятствуют нормальному газо- и влагообмену между водой и воздухом. Это вызывает гибель водных и околоводных организмов. Если пятно небольшое (до десятка квадратных метров), то оно исчезает с поверхности воды в течение 24 часов, образуя эмульсии. Тяжелые фракции нефти оседают на дно (рис. 117).
Сильно загрязняют водоемы поверхностно-активные вещества (...АВ), в том числе синтетические моющие средства (СМС), широко Применяемые в быту и промышленности. Присутствие СМС в воде придает ей неприятный вкус и запах. В загрязненных реках с быстрым течением образуется пена. Концентрация СМС в воде в 1 мг/л вызывает гибель микроскопических планктонных организмов, 3 мг/л гибель дафний и циклопов, 5 мг/л - заморы рыбы. СМС замедляют естественное самоочищение водоемов, действуя угнетающе на многие биохимические процессы.
Важную роль в ухудшении качества пресной воды играет эвтрофикация водоемов (от греч. «эутрофис» - хорошее питание). Снос биогенных веществ в водоемы в естественных условиях происходит очень медленно - в течение тысячелетий. вносит на поля удобрения, и во время дождей, паводков они сносятся в водоемы. Быстрое накопление органических веществ, азотных и фосфорных удобрений в водоемах приводит к обильному размножению плавающих сине-зеленых водорослей. Вода мутнеет, в ней начинается разложение органических веществ, ухудшается снабжение воды кислородом, гибнут ракообразные и рыбы, вода приобретает неприятный вкус.
Опасными загрязнителями водоемов служат соли тяжелых металлов - свинца, железа, меди, ртути. Их поступление связано с промышленными предприятиями, расположенными на берегах водоемов. Иногда концентрация ионов этих металлов в теле рыб в десятки и сотни раз превышает исходную их концентрацию в водоеме (рис. 118).
Одна из важнейших причин уменьшения запасов пресных вод связана с сокращением водоносности рек. Она вызвана вырубкой лесов, распашкой пойм и осушением болот. За счет этого резко увеличивается поверхностный сток и понижается уровень грунтовых вод. Быстрое таяние снега весной, выпадение обильных дождей в этих условиях вызывает катастрофические половодья (рис. 119), а летом реки мелеют и иногда пересыхают полностью.
Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные урокиВода является основным элементом жизнеобеспечения всей нашей планеты. Все живые существа начинали свое развитие именно с нее. Мало кто знает, что существует огромное количество видов воды. Отличаются они своими химическими и физическими свойствами. Люди сегодня с успехом используют свойства воды в твердом состоянии. Востребовано это жизненно важное вещество не только в быту, но и в косметологии и производстве.
Структурированная вода
Организм человека на 80% состоит из воды. Этот показатель может немного меняться в зависимости от возраста и общего состояния здоровья. Без еды могут долгое время существовать многие живые существа. А вот без воды прожить мало кому удается. Хотя от качества ее также многое зависит. Ученых давно заинтересовал вопрос о том, почему жители горных местностей имеют хорошую продолжительность жизни. Разгадка оказалась в воде, которая имеет особый состав.
В горных родниках вода появляется в тех местах, где начинает таять снег. Этим и обусловлены ее свойства. Молекулы объединяются в макромолекулы и упорядочиваются. В результате многочисленных исследований было выявлено, что свойства воды в твердом состоянии схожи со которая заполняет человеческий организм. Было выяснено, что структурированная талая вода оказывает огромную пользу здоровью. Она гораздо легче проникает через клеточные оболочки, неся за собой питательные вещества, витамины и микроэлементы. Неслучайно структурированную воду широко используют в косметических целях. Стоит лишь ежедневно умываться ей, и лицо будет сиять здоровьем и молодостью.
Живая и мертвая вода
О целебных свойствах воды люди знают еще с давних времен. Природная чистая вода, которая находится в горных источниках и реках, способна помочь в лечении серьезного недуга, продлить жизнь. Ее принято называть живой. В природе встречается также и Она находится в заброшенных озерах и колодцах. Застойная вода, наоборот, несет опасность для человеческого здоровья.
Наука не стоит на месте. Сегодня живая чистая вода не является редкостью. Для того чтобы воспользоваться ее уникальными свойствами, совсем необязательно отправляться к горной реке. Качественный продукт можно получить с помощью электролиза. Используются специальные приборы - активаторы. Под воздействием тока в воде образуются отрицательные и положительные ионы. Жидкость приобретает щелочные свойства, а ее состав становится идентичен с водой в горных реках. Живая вода способствует усваиваемости пищи, улучшает кровообращение. В косметологии продукт также используется.
Питьевая вода
В древние времена не возникал вопрос в том, где брать воду для ежедневного употребления. Ведь экологическая ситуация не была настолько серьезной, как сейчас. Огромное количество заводов и автомобилей, глобальное потепление и разрастание численности населения сделали свое дело. В начале нынешнего столетия коснулся 40% жителей планеты. По прогнозам ученых, эта цифра существенно увеличится уже через несколько десятилетий. Ведь вода в реке без предварительной очистки не может использоваться в быту.
В нашей стране питьевая вода поступает к людям благодаря центральному водоснабжению. Берется она из подземных источников. Но прежде чем станет возможным людьми, ее подвергают многочисленным очисткам. Во многих источниках она не может быть пригодна для питья. Ее деминерализуют и начинают использовать в промышленности и производстве. Свойства воды в твердом состоянии позволяют использовать ее для охлаждения различных приборов.
Пресная вода
Пресной считается вода с минимальным содержанием соли. В некоторых источниках этот показатель достигает лишь 0,1%. Вода при этом необязательно находится в форме жидкости. Она может быть также в виде газа или льда. Стоит отметить, что запасы пресной воды на планете ничтожно малы и занимают всего 2,5%. При этом лишь 1% доступен людям для применения в быту. Как человек использует свойства воды? Все зависит от конечной цели. Пресная вода может быть использована для приготовления пищи, в косметических целях, для охлаждения приборов на производстве и т. д. В большинстве случаев соленая не подойдет.
С каждым днем запасов пресной воды становится все меньше. К этому приводит загрязнение окружающей среды, существенный прирост населения, парниковый эффект. Совсем скоро в бытовых целях придется использовать другие виды воды. А пока ученые делают все, чтобы научиться добывать пресную воду искусственным путем. Люди создают водоемы и учатся экономить.
Основные источники пресной воды
В первую очередь используется вода из поверхностных источников. Это реки и озера. В быту может использоваться также предварительно очищенная подземная вода. Часть пресной получают из осадков. Огромный запас жидкости находится в ледниках (более 80%). Глобальное потепление может привести к тому, что ледники начнут таять, уменьшится количество пресной воды. А свойства воды в твердом состоянии с успехом могут использоваться для сохранения такого необходимого для жизни продукта.
Сегодня основные запасы пресной воды сконцентрированы в Бразилии. Второе место занимают страны СНГ. Только в одном озере Байкал находится 20% мировых запасов. Объем его составляет более 20 тысяч кубических километров. Состав и свойства воды в озере отличаются своей уникальностью. Байкал позволяет оздоровиться, а также привести в порядок психологическое состояние.
Водопроводная вода
Вода в квартиры и дома попадает через особую систему - водопровод. Жидкость предварительно проходит несколько этапов очистки. Если дома дополнительно установить фильтр, воду можно будет пить прямо из-под крана. Система обеспечения ей формируется с помощью металлических труб. От качества коммуникаций напрямую зависит газообразное свойство воды. Жидкость с дополнительными примесями быстро испаряется под воздействием высоких температур. Употреблять в пищу такую воду нежелательно.
Прежде чем вода попадет к людям, ее проводят через очистительную станцию. Здесь ее отстаивают, фильтруют через специальные решетки, проводят первичное и вторичное хлорирование. Такие процедуры позволяют убрать вредные примеси, избавляют воду от болезнетворных микроорганизмов. Если работа очистительной станции налажена правильно, водопроводная вода может употребляться в пищу.
Жесткая вода
Жесткой считается та, в которой в большой степени сконцентрированы соли магния и калия. Существуют различные виды воды с дополнительными примесями. Это общая жесткость, временная и постоянная. определяется концентрацией всех солей в воде в первичном состоянии. Постоянная может быть определена только лишь после кипячения воды. Определяется количество хлоридов и сульфатов. Эти соли не разрушаются под воздействием высокой температуры, а также не выпадают в осадок.
Временную жесткость можно изменить. Происходит это также в процессе кипячения. При температуре выше 80 градусов разрушаются гидрокарбонаты. В результате образуется углекислый осадок. Именно поэтому после кипячения вода становится гораздо мягче. Как человек использует свойства воды в мягком состоянии? Такая жидкость будет более приемлемой для употребления в пищу. В косметических целях жесткую воду также использовать нежелательно.
Как определить жесткость воды?
Существует несколько признаков, которые помогут определить, превышает ли количество солей в воде норму. Посмотрите на вещи после стирки. Если они становятся более жесткими, а белый цвет приобретает желтоватый оттенок, стоит обратить внимание на состав воды. С солями могут вступать в реакцию моющие средства. Это можно заметить даже во время мытья посуды. На мочалке будет образовываться меньше пены, могут появиться белые хлопья.
Накипь - это первый признак жесткости воды. Если чайник быстро обрастает осадками после кипячения, стоит задуматься о приобретении дополнительного очистительного прибора. После умывания жесткой водой появляется ощущение стянутости и сухости. Жидкость просто смывает естественный защитный слой кожи. Мягкая же вода позволяет сохранить лицо увлажненным.
Деионизированная вода
Деионизированная вода - это наиболее чистая жидкость, которая воды этого типа? В первую очередь в косметологии. Различные маски и кремы, приготовленные на основе деионизированной воды, обладают отличными свойствами. Кожа становится увлажненной, сокращается количество морщин и угрей. Деионизированная вода может использоваться также и в медицине. На основе жидкости готовят различные лекарственные препараты.
Дистиллированная вода
Вода для промышленных целей очищается с помощью дистилляции. Таким образом получается жидкость без вредных примесей и болезнетворных микроорганизмов. При этом не приходится вспоминать про полезные свойства воды. Окружающий мир жидкости с подобным составом не имеет. Проблема в том, что в процессе очистки она избавляется также и от полезных микроорганизмов. Такую воду еще называют «мертвой». Такая жидкость имеет особые физические свойства. Она имеет низкую электропроводность, а также кипит при более высокой температуре. Дистиллированную воду используют в системах отопления, при охлаждении различных элементов приборов.
Бидистиллированная вода
Бидистилляция - это еще один от примесей и микроорганизмов. В итоге получается абсолютно чистая жидкость. Такая вода имеет электропроводность менее 1 мкСм/см. Как человек использует свойства воды такого вида? В первую очередь очищенная жидкость используется в медицине. Для проведения инъекций нужна вода высокого качества. Такую жидкость также используют при проведении различных лабораторных исследований.
Человечество потребляет огромное количество пресной воды. Наиболее водоемкие отрасли промышленности: горнодобывающая, сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит 70 % всей воды, используемой в промышленности. Но все же главный потребитель пресной воды – сельское хозяйство, забирающее 60–80 % пресной воды, используемой человеком.
Вода – необходимый компонент жизнедеятельности человека. Как человек использует воду?
Вода – универсальный растворитель, все биохимические и обменные реакции в живом организме протекают с ее участием.
1. В сутки человек должен выпивать от 0,5 до 2 л воды.
2. Вода необходима для поддержания гигиены тела, жилища, улицы.
3. В теплоцентралях городов и поселков циркулирует вода.
4. Минеральные воды употребляют внутрь и для ванн, используя их целебные свойства.
5. Горячая вода термальных источников идет для обогрева жилья, парников, теплиц, выработки электроэнергии.
Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий все более усложняют проблему обеспечения водой. Потребности в воде огромны, и расходы ее с каждым годом возрастают. Так, если на бытовые нужды в домах без канализации человек потребляет в сутки около 50 л воды, то в современных зданиях расход воды на 1 человека в день составляет 200–500 л.
Большая часть воды после ее использования в хозяйственных нуждах возвращается в реки в виде сточных вод. Дефицит пресной воды уже сейчас становится проблемой, недостаток воды уже ощущают такие страны, как ФРГ, Франция, Англия, Бельгия и другие (всего более 50 стран). Некоторые африканские страны импортируют пресную воду в виде айсбергов.
Источники пополнения питьевой воды. Открытые водоемы – реки, озера, родники. Для получения питьевой воды из этих источников требуется дополнительная очистка.
Атмосферные осадки – почти дистиллированная вода, в которой нет необходимых микроэлементов. Кроме того, при прохождении над населенными пунктами осадки загрязняются пылью, грязью, газами, различными микроорганизмами. В результате для питья такая вода не годится.
Артезианские воды, образующиеся из подземных вод, – как правило, это чистая вода, но отличающаяся повышенной жесткостью. Даже артезианская вода может быть загрязнена через трещины в земных породах, заброшенные шахты и т. д.
Человека волнует проблема качества воды, которую он употребляет, так как это одна из составляющих экологического здоровья населения. Основные «средовые» болезни идут от загрязнения атмосферы и воды. Через воду могут передаваться возбудители инфекционных заболеваний (брюшного тифа, холеры, дизентерии, туляремии). Вода также может быть источником заражения гельминтами и малярией. Если в какой-то местности в воде не хватает йода, то жители местности страдают эндемическим зобом. Избыток фтора в воде вызывает эндемический флуороз, т. е. зубы и кости человека становятся хрупкими, поражается костно-связочный аппарат, а недостаток фтора увеличивает поражаемость зубов кариесом, в основном у детей.
Загрязнение морских вод. Качество используемой человеком воды резко снизилось из-за сбросов химических предприятий, бытовых отбросов и других загрязнителей в пресные и морские воды. В результате поступления в воды морей и Мирового океана значительного количества ядовитых и антропогенных отходов уменьшаются самоочистительные свойства морских вод, снижается их биологическая продуктивность. Различают три вида загрязнения морских вод: химическое, загрязнение бытовыми отбросами, радиоактивное.
Химические загрязнители – это в основном нефть и нефтепродукты, попавшие в море в результате бурения скважин или аварий танкеров.
Загрязнение бытовыми отбросами приводит к возникновению инфекционных заболеваний у купальщиков, изменению водной флоры и фауны.
Радиоактивное загрязнение – это такое загрязнение, при котором концентрация радионуклидов, накапливаемая планктонными организмами, в несколько раз превышает радиоактивность воды; источники загрязнений: отходы атомных подводных лодок, заводы для очистки урановой руды, атомные электростанции.
Загрязнение внутренних водоемов. Вследствие бурного развития промышленности исчезают полноводные реки, озера, резко меняется их солевой состав. Так, воду Рейна нельзя использовать для питья, этой водой опасно даже чистить зубы, так как концерны Германии и Франции сбрасывают туда неочищенные отходы. В сточную канаву превращена река Везер, насыщены отравляющими веществами воды Эльбы. В Англии загрязнены почти все реки. Ни одна из рек Москвы не соответствует санитарным нормам.
Вредными загрязнителями внутренних вод являются фенол и его производные, а также поверхностно-активные вещества, содержащиеся в современных моющих средствах. Вызывает серьезное беспокойство загрязнение водоемов пестицидами и минеральными удобрениями, поступающими с полей с дождевыми и талыми водами.
Пути охраны водных ресурсов – внедрение новых технологических процессов, переход на замкнутые (бессточные) циклы водоснабжения, где сточные воды не сбрасываются, а используются многократно.
В настоящее время очистка сточных вод проводится механическими, химическими и биологическими методами.
При механическом методе используют систему отстойников и разного рода ловушек (сита, решетки, песколовки, жироловки и т. д.).
При химическом методе в сточные воды добавляют реагенты, образующие с загрязнителями нерастворимый осадок.
При биологическом методе для минерализации органических загрязнителей используют аэробные (т. е. протекающие в кислородной среде) биологические процессы, осуществляемые микроорганизмами. Так, на сахарных заводах сточные воды очищают с помощью одноклеточной зеленой водоросли хлореллы. Создаются специально подготовленные участки – поля орошения, биологические фильтры. Этот метод дает наилучший результат.
На земледельческих полях орошения загрязненная вода фильтруется через почву, при этом накапливается значительное количество ценных органических удобрений.
Вода – главная составная часть гидросферы, основной средообразующий компонент, неотъемлемая часть живого вещества. Несмотря на большие запасы пресных вод на Земле, дефицит их для человека и многих экосистем реален. Истощая и загрязняя воды, человек не только лишает себя данного ресурса, но и разрушает среды жизни многих организмов, нарушает свойственные им связи.
1. Приведите примеры особенностей водной среды обитания и характерные черты обитателей.
2. Обоснуйте, чем опасно для живых организмов загрязнение водной среды обитания, приведите примеры.
3. Поясните, какое значение в жизни любого организма имеет вода, ответ подтвердите примерами.
4. Докажите, что вода служит наиболее жестким ограничивающим фактором.
5. Прокомментируйте, является ли вода неисчерпаемым ресурсом.
6. Назовите, где сосредоточены запасы доступной и недоступной пресной воды.
7. Охарактеризуйте круговорот воды в природе.
Из 1018 т воды на Земле на пресную воду приходятся всего лишь 3%, из которых 80% недоступны для использования, поскольку представляют собой лед, образующий полярные шапки. Пресная вода оказывается доступной человеку в результате участия в гидрологическом цикле, или круговороте воды в природе, который схематически изображен на рис. 12.3. Ежегодно в круговорот воды, в результате ее испарения и выпадения осадков в виде дождя или снега, вовлекается приблизительно 500000 км3 воды. По теоретическим подсчетам максимальное количество пресной воды, доступное для использования, составляет приблизительно 40 000 км3 в год. Речь идет о той воде, которая стекает с поверхности земли в моря и океаны (так называемый сток).
Круговорот воды в природе известен с ветхозаветных библейских времен:
«Бегут все реки в море, - а море не переполнится,
К месту, куда реки бегут, -
Туда они продолжают бежать».
Книга Экклесиаст, 1:7.
Рис. 12.3. Круговорот воды в природе.
Использование пресной воды принято подразделять на многократное использование и безвозвратное расходование. В соответствии с этим пресную воду также иногда подразделяют на используемую многократно и расходуемую безвозвратно.
Многократное использование воды может быть проиллюстрировано на таких примерах, как навигация, рыбоводство и получение гидроэлектроэнергии.
Безвозвратно расходуемая пресная вода становится уже недоступной для повторного использования. К ней относится пресная вода, которая после употребления оказалась потерянной в результате испарения (в том числе листьями растений); вода, вошедшая в состав продуктов, а также вода стока, достигшая моря (океана) и смешавшаяся с соленой водой. Безвозвратный расход пресной воды во всем мире составляет от 2500 до 3000 км3 в год, причем из этого количества приблизительно 10% расходуется в бытовых целях, 8% в промышленности, а подавляющее большинство -82% идет на ирригацию в сельском хозяйстве.
Расход воды
Расход воды в бытовых целях. В бытовых целях вода расходуется для питья, приготовления пищи, стирки, мытья, смыва нечистот в канализацию и поливки садов и улиц.
В Европе средний расход воды в бытовых целях на душу населения составляет приблизительно 230 л в день. Это приблизительно столько же, как и во времена Римской империи. На бытовые цели расходуется приблизительно 10% всей воды, потребляемой человечеством.
Расход воды в промышленных целях. Свыше 85% воды, используемой в промышленных целях, расходуется в процессах охлаждения. Остальная часть расходуется в процессах мойки, промывки газов, для гидротранспорта и в качестве растворителя. Приблизительно полмиллиона литров воды расходуется на выпуск каждого легкового автомобиля; это количество включает как безвозвратно расходуемую воду, так и воду повторного использования.
В промышленных целях расходуется приблизительно 8% всей используемой в мире воды.
Расход воды и сельском хозяйстве. На сельское хозяйство приходится 82% расхода воды во веем мире. Эта вода используется для ирригации. Для выращивания одной тонны хлопка необходимо 11 000 миллионов литров воды. Для выращивания спелой тыквы требуется 150 л воды.
Расход воды для получения гидроэнергии. Свыше 50% всего притока воды в Великобритании расходуется на электростанциях. Воду используют на гидроэлектростанциях, а также на тепловых электростанциях - для создания пара, вращающего турбины, и в целях охлаждения. Хотя электростанции расходуют огромное количество воды, она используется практически без потерь, в замкнутом цикле.
Согласно имеющимся оценкам, к двадцать первому столетию уровень потребления воды во всем мире должен превысить ее естественное поступление. Чтобы решить эту проблему, разрабатываются различные способы получения пресной воды, которые описаны ниже.
Увеличение притока пресной воды. Большая часть воды, стекающей с поверхности земли в океаны, пропадает бесполезно для нужд человека. Строительство резервуаров и бурение скважин для извлечения грунтовых вод повышает количество воды, используемой человеком до того, как она попадает в океаны.
В жаркую погоду большие количества воды теряются из озер и резервуаров в результате испарения. Этому можно воспрепятствовать, покрывая поверхность воды тонкой пленкой спирта гексадеканола-1.
Использование морской воды и солоноватых вод. Пресную воду можно получать из морской воды обессоливанием в результате вакуумной перегонки в выпарных аппаратах.
Перегонка воды в них осуществляется при пониженном давлении. Однако этот метод требует больших затрат энергии и экономичен только в таких странах, как, например, Кувейт, где энергия доступна по сравнительно невысоким ценам, а дождевой воды крайне мало.
Пресную воду можно получать также с помощью электродиализа (см. разд. 10.3) из солоноватой воды. Такая вода находится в устьях рек; она имеет промежуточную соленость между пресной речной и соленой морской водой.
В настоящее время во всем мире действует свыше 2000 заводов по опреснению воды. Для обессоливания воды используются не только методы вакуумной перегонки и электродиализа, но также методы вымораживания, ионного обмена и обратного осмоса.