РЕФЕРАТ
ВОДА — САМОЕ БОЛЬШОЕ БОГАТСТВО НА СВЕТЕ
План
Введение
1. Характеристики природной воды
1.1. Растворенные вещества
1.2. Коллоидные частицы
1.3. Взвешенные вещества
1.4. Живые организмы
2. Очистка воды
Заключение
Список литературы
вода загрязнение химическая очистка
Введение
Самые высокие слова, какие можно сказать о воде, едва ли чрезмерны. Человек, как и все живое, в основном состоит из воды (эмбрион на 97 %, новорожденный — на 77 %, взрослый человек — на 60 %) и без воды существовать не может. Потеря 6—8 % воды вызывает плохое самочувствие, 10 % — необратимые изменения в организме, а 15—20 % — смерть. А между тем для поддержания жизнедеятельности организму нужно не так уж много: 2—2,5 литров в сутки. Хотя за всю жизнь и набирается около 75 тысяч литров, но все равно это лишь малая часть от того, сколько человек расходует на самом деле.
1. Характеристики природной воды
Структура потребления воды человечеством
По расчетам американских ученых, структура потребления воды выглядит так:
питье и приготовление пищи — 5 %,
смывной бачок в туалете — 43 %,
ванна и душ — 34 %,
мытье посуды — 6 %,
стирка — 4 %,
уборка помещения — 3 %,
прочие нужды — 5 %.
Средние данные утверждают, что на хозяйственно-бытовые нужды человеку нужно примерно в десять раз больше воды, чем только для питья и приготовления пищи.
Центральным водоснабжением на Земле пользуются 1,1 млрд. человек (280 л в сутки на человека), еще 0,8 млрд. — берут воду из колонок (110 л в сутки), а остальная часть человечества использует только 50—60 л в сутки. Правду говорят, что развитие цивилизации можно измерять в литрах потребляемой на душу населения воды... А ведь помимо бытовых потребностей каждого человека, есть еще расход на нужды промышленности и сельского хозяйства. Если и это подсчитать, то, например, в США суммарное потребление воды достигает 7 000 л на человека в сутки!
Здесь мы оставим в стороне промышленные и сельскохозяйственные нужды и вернемся к тому, что потребляет человек. Требования к воде довольно жесткие. Закон гласит так: Питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и иметь благоприятные органолептические свойства», то есть цвет, вкус, запах, мутность. Естественно, природная вода (за редчайшим исключением) этим требованиям не отвечает. Поэтому специалисты затрачивают огромные усилия, чтобы сделать ее питьевой.
Как правило, природная вода содержит растворенные вещества, коллоидные частицы, взвешенные вещества и микроорганизмы.
1.1 Растворенные вещества
В воде растворены газы (С02,. 02, H2S, СН4), содержание которых зависит в основном от температуры, парциального давления и состава воды. В природной воде всегда есть неорганические соли: гидрокарбонаты, хлориды и сульфаты щелочноземельных (Са, Mg, Mn, Fe) и щелочных металлов (Na, К). Ионы кальция и магния определяют такое качество, как жесткость воды. При этом их гидрокарбонаты создают временную жесткость, которую можно удалить кипячением, а сульфаты, нитраты и хлориды ответственны за постоянную жесткость. С промышленными стоками в воду могут попадать также тяжелые металлы. Неорганические соли (в основном железа и марганца) формируют вкус и цвет воды. На вкус и цвет влияют также органические соединения: почвенные и торфяные гумусовые вещества (гуминовые и ульминовые кислоты, фульвокислоты и их соли). Природные воды содержат и другие продукты жизнедеятельности и разложения живых организмов: растительные (галловая кислота, танин, фенолы) и животные. Но, конечно, самые опасные органические соединения попадают в воду из промышленных предприятий.
1.2 Коллоидные частицы
Коллоидные частицы — это мелкие загрязнения (меньше I 0,1 мкм): частицы глин, соединения кремния, алюминия и железа, и опять же — продукты жизнедеятельности и распада растений и животных. К поверхности коллоидных частиц прикрепляются ионы растворенных веществ, после чего они приобретают электрический заряд. Заряженные частицы уже не слипаются в более крупные и не оседают, а существуют неопределенно долго в виде устойчивых, так называемых коллоидных, растворов.
1.3 Взвешенные вещества
Взвешенные частицы, загрязняющие воду, гораздо крупнее коллоидных (более 1—5 мкм). Эти частицы могут быть минерального и органического происхождения: песок, глина, илистые вещества. В отличие от коллоидных частиц, их можно отфильтровать с помощью бумажного фильтра.
1.4. Живые организмы
В природной воде живет множество микро- и макроорганизмов: вирусы, бактерии, водоросли, планктон и др. Именно они определяют эпидемическую безопасность (или опасность) воды.
К сожалению, чаще всего воду берут из открытых водоемов или поверхностных вод, которые грязнее, чем подземные. Важнейшие факторы при выборе места очистки воды — это качество исходной воды и, конечно, экономические возможности.
В Украине, как впрочем и во всем мире, из всех требований к качеству воды на первом месте стоит эпидемическая безопасность. Специалисты считают, что ради этого можно даже дополнительно загрязнять воду химическими веществами. Органолептические характеристики официально на последнем месте, но, тем не менее, большинство стадий водоочистки направлены как раз на улучшение ее вида, вкуса и запаха, ведь именно по. ним человек судит о качестве воды, которую пьет. Хотя нужно помнить, что даже прозрачная вода без посторонних привкусов и запахов может содержать диоксины, тяжелые металлы и ароматические углеводы.
В целом, почти половина населения Украины пользовалась и пользуется питьевой водой, не соответствующей санитарно-гигиеническим требованиям.
2. Очистка воды
Основные стадии очистки воды — это осветление и обесцвечивание, а потом обеззараживание. На первых двух стадиях из воды убирают взвешенные и коллоидные частицы. Но если от первых легко избавиться, отстояв и отфильтровав воду, то коллоидные частицы всячески сопротивляются укрупнению, после которого их было бы легко осадить. Известно довольно много способов разрушения устойчивых коллоидных растворов: перемешивание и нагревание, ультрафиолетовое облучение, ионизирующее облучение, ультразвук, воздействие на частицы электрическим и магнитным полем. Однако на практике заряд частиц снимают с помощью электролитов (их называют коагулянтами).
Очистку воды электролитами начали применять в Европе в XIX веке, хотя считается, что этот метод был известен еще древним римлянам, грекам и египтянам. К очистке воды с помощью внесения в нее химических веществ (электролитов) в начале относились с подозрением. Барон Дельвиг, автор первого в России руководства по устройству водопроводов и заведующий московским водопроводом, писал: «Нельзя не осуждать всякого очищения, которое вводит в химический состав воды новое вещество, прежде в ней не содержавшееся».
Самыми подходящими электролитами оказались соли многовалентных металлов (соли алюминия, аммиачные и алюмокалиевые квасцы, алюминат натрия) и соли железа (хлорид железа, сульфат железа). Чаще всего используют сульфат алюминия. Когда его добавляют в природную воду, он реагирует с солями кальция и магния и превращается в гидроокись;
Образующийся Al(OH)3 существует в виде микропленок с двойным электрическим слоем, которые могут быть как положительно, так и отрицательно заряжены. Их заряд зависит от кислотности среды. В кислой среде Al(OH)3 заряжен положительно, а потому присоединяет к себе коллоидные частицы с противоположным зарядом, после чего образующиеся массивные комплексы легко осаждаются. Вода при этом обесцвечивается, так как именно окрашенные гуминовые частицы заряжены отрицательно.
Очистку природной воды с помощью электролитов применяют очень широко, и неудивительно, что этот процесс все время совершенствуется. В частности, используется электрокоагуляция, когда воду очищают в электролизере, где анод — алюминий или железо, а катод — любой электропроводящий материал. При подаче алюминия происходит химическая коррозия алюминия и его растворение, в результате чего опять же образуется гидроокись алюминия;
Этот метод имеет то преимущество, что при нем в воду не попадают дополнительно ионы или Сl, и воду удается избавить не только от коллоидных частиц, но и от растворенных газов, фенолов и радиоактивных соединений.
Конечно, у электролитного очищения воды есть свои недостатки: неполнота очистки и даже ухудшение качества воды по некоторым параметрам. Кроме того, образуется много осадка, который надо как-то использовать. В принципе, из него можно делать строительные материалы или снова извлекать из него коагулянт, но все равно это большая проблема.
Итак, мы получили чистую на вид воду. Но там, невидимые для глаз, могут жить возбудители дизентерии, брюшного тифа, холеры.
Убить бактерии можно многими способами: добавить окислители (хлор и его соединения, озон, перманганат калия и другие), подействовать ультрафиолетовым и ионизирующим излучениями, подогреть, обработать ионами тяжелых металлов. Самый простой и экономичный способ — обеззараживание хлором и его соединениями.
Рассмотрим подробнее механизм обеззараживающего действия хлора. Считают, что он проникает через оболочку клетки микроорганизма и взаимодействует с ферментами. Это нарушает обмен веществ и микроб погибает. Обычно для обеззараживания поверхностных источников применяют 2—3 мг хлора на 1 л воды, процесс длится от 30 минут до 2 часов.
Хлор действительно эффективен и экономичен, но не идеален. Он уничтожает бактерии, но не справляется с вирусами и одноклеточными микроорганизмами. Кроме этого, хлор реагирует с органическими соединениями, которые могут быть в воде, причем получаются очень ядовитые продукты. И наконец, есть предположения, что из 100 случаев заболевания раком от 25 до 30 связано с использованием хлорированной питьевой воды.
Наиболее эффективный и безопасный заменитель хлора — озон. В воде он распадается до молекулярного кислорода — О. Это цепная (радикальная) реакция, в ходе которой образуется много промежуточных радикалов, взаимодействующих с микроорганизмами и вызывающих их гибель. Чем выше концентрация озона, рН среды, температура и чем меньше в воде органических примесей, тем эффективнее озон обеззараживает воду. Его рекомендуемая концентрация 0,75—3 мг/л, время реакции 5 минут. Озон уничтожает болезнетворные микроорганизмы в 15—20 раз быстрее, а их споры — в 300—600 раз быстрее, чем хлор. Кроме того, озон не только обеззараживает, но и обесцвечивает воду, поскольку окисляет многие органические загрязнения. Только не пытайтесь очистить воду озоном дома! Помните, что токсичен не только сам озон, но и продукты окисления им органических соединений. После окисления озоном из органических соединений получаются спирты, карбонильные соединения, карбоновые кислоты и другие вещества, которые часто более ядовиты, чем исходные загрязнители. Поэтому после обработки озоном воду обязательно фильтруют.
Заключение
Что же мы имеем на данный момент? Наиболее распространенные схемы водоочистки (в том числе в нашей стране) уже не обеспечивают необходимое количество питьевой воды. Всемирная организация здравоохранения рекомендует охранять источники водоснабжения от загрязнений, так как это избавит нас от необходимости сложной очистки воды. Однако в ближайшем будущем природные воды едва ли станут настолько чистыми, что из них удастся получить питьевую воду высокого качества традиционными методами. Поэтому надо совершенствовать старые и вводить новые методы очистки и обеззараживания воды. А также пить минеральную воду или пользоваться бытовыми фильтрами.
Список литературы
Алексинский В.Н. Занимательные опыты по химии: Пособие для учителей.– М.: Просвещение, 1980 .
Ахметов Н.С. Неорганическая химия.- М., 1992г.
Глинка Н.А. Общая химия.- Л. 1989г.
Глобальная сеть «Интернет». 5.
Детская энциклопедия. Техника и производство.– М., 1972г
Криуман В.А. Книга для чтения по неорганической химии.
Ч.1. Пособие для учащихся – М.: Просвещение, 1983г.
Ливчак И. Ф., Воронов Ю.В.,"Охрана окружающей среды".
Панина Е.Ф., “Состав, свойства и методы очистки сточных вод предприятий горной промышленности”, 1990г.
Прокофьев М.А. Энциклопедический словарь юного химика. – М., 1982г.
10. Сергеев Е.М. , Кофф Г.Л. «Рациональное использование и охрана окружающей среды городов».
11. Фадеев Г.Н. Химические реакции: Пособие для учащихся. – М.: Просвещение, 1980г.
12. Хомченко Г.П. Пособие по химии для поступающих в ВУЗы. – М., ОНИКС
13. Чернова Н.М., Былова А.М., "Экология".