Чистая вода

Министерство  образования и науки РФ

Государственное образовательное  учреждение

Тюменский Государственный Университет 
 

Доклад  по теме:

«Чистая вода» 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнила: Группа 26Э111,

1 поток

Проверила: Игнатова В.А. 
 
 
 

Тюмень 2011

Содержание

1. Понятие воды, ее основные состояния
1. Виды воды
2. Свойства воды

• Физические свойства
• Химические свойства

3. Вода за пределами Земли

4. Исследования воды
5. Биологическая роль
2. Питьевая вода
1. Основные источники загрязнения питьевой воды.
2. Источники пресной воды
3. Загрязнение водной среды

1)Основные пути  загрязнения гидросферы

2)Источники загрязнения  поверхностных и подземных вод

3)Загрязнение  Мирового океана

4)Загрязнение  рек и озер

4. Методы очистки воды
1. Методы очистки сточных вод
2. Очистка воды, с целью применения в быту

• Очистка воды без использования фильтров
• Очистка воды с использованием фильтров

5. Оценка качества воды

1)Анализ воды  в промышленности

2)Критерии анализа качества воды

3)Проверка результатов анализа

4)Физические показатели качества воды

6. «Живая вода»

1)Вода — разумная субстанция

2) Влияние на воду внешних факторов

7. Проблема пресной воды в странах третьего мира

8. Водная  энергетика

1)Энергия приливов/отливов

2)Энергия волн

3)Гидроэлектростанции  
 
 

Введение

Вода - самое  распространенное вещество на Земле. Она  занимает более 2/3 поверхности планеты, да и сам человек на 80% состоит  из нее.  
При этом мы мало задумываемся о том, как важно, чтобы потребляемая нами вода была нужного качества, хотя она является главной составляющей нашего физического здоровья.  
К сожалению, люди беспечно относятся к воде - используют ее нерационально, неэкономично, а иногда и просто загрязняют . Поэтому во многих местах уже наблюдается дефицит воды, пригодной к употреблению.  
Наша группа решила обратить внимание на актуальную проблему чистой воды, и именно поэтому мы выбрали данную тему для проекта.  
В нем мы рассмотрим санитарные параметры воды, методы ее очистки, оценку качества, проблему загрязнения водных ресурсов в общем и в конкретных странах. 

Основные  понятия и состояния  воды

Вода (оксид водорода) — химическое вещество в виде прозрачной жидкости, не имеющей цвета (в малом объёме), запаха и вкуса (при нормальных условиях). Химическая формула: Н₂O. В твёрдом состоянии называется льдом или снегом, а в газообразном — водяным паром. Около 71 % поверхности Земли покрыто водой (океаны, моря, озёра, реки, лёд).

Вода имеет  ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды.

Виды  воды

Вода на Земле  может существовать в трёх основных состояниях — жидком, газообразном и твёрдом и приобретать различные формы, которые могут одновременно соседствовать друг с другом. Вода способна растворять в себе много веществ, приобретая тот или иной вкус. Из-за важности воды, «как источника жизни», её нередко подразделяют на типы по различным принципам.

По особенностям происхождения, состава или применения, выделяют, в числе прочего:

• Мягкая вода и жёсткая вода — по содержанию катионов кальция и магния
• По изотопам молекулы:
• Лёгкая вода (по составу почти соответствует обычной)
• Тяжёлая вода (дейтериевая)
• Сверхтяжёлая вода (тритиевая)
• Талая вода
• Пресная вода
• Дождевая вода
• Морская вода
• Подземные воды
• Минеральная вода
• Солоноватая вода 
• Питьевая вода, Водопроводная вода
• Дистиллированная вода и деионизированная вода
• Сточные воды
• Ливневая вода или поверхностные воды
• Мёртвая вода и Живая вода — виды воды из сказок (со сказочными свойствами)
• Святая вода — особый вид воды согласно религиозным учениям
• Поливода
• Структурированная вода — термин, применяемый в различных неакадемических теориях.

Свойства  воды

Физические  свойства

Вода в нормальных атмосферных условиях сохраняет  жидкое агрегатное состояние, тогда  как аналогичные водородные соединения являются газами. Это объясняется  особыми характеристиками слагающих молекулы атомов и присутствием связей между ними. Атомы водорода присоединены к атому кислорода образуя угол 104,45°, и эта конфигурация строго сохраняется. Молекула воды является активным диполем, где кислородная сторона отрицательна, а водородная положительна. В результате,  молекулы воды притягиваются своими противоположными полюсами, и образуют полярные связи, на разрыв которых требуется много энергии. В составе каждой молекулы Ион водорода (протон) не имеет внутренних электронных слоев и обладает малыми размерами. Каждая молекула связана с четырьмя другими посредством водородных связей — две из них образует атом кислорода и две атомы водорода. Комбинация этих связей между молекулами воды — полярной и водородной и определяет очень высокую температуру её кипения и удельную теплоты парообразования.

Структуры воды и льда между собой очень похожи. В воде как и во льду молекулы стараются расположиться в определённом порядке — образовать структуру, однако тепловое движение этому препятствует. Однако удельная теплоёмкость воды, в отличие от других веществ непостоянна: при нагреве от 0 до 35 градусов Цельсия её удельная теплоёмкость падает, в то время как других веществ она постоянна при изменении температуры. Помимо большой удельной теплоёмкости, вода также имеет большие значения удельной теплоты плавления (0 °C и 333,55 кДж/кг) и парообразования (2250 кДж/кг)

Вода обладает также высоким поверхностным  натяжением среди жидкостей, уступая  в этом только ртути. Относительно высокая  вязкость воды обусловлена тем, что  водородные связи мешают молекулам  воды двигаться с разными скоростями.

В живой клетке и в межклеточном пространстве вступают во взаимодействие растворы различных  веществ в воде. Вода необходима для жизни всех без исключения одноклеточных и многоклеточных живых существ на Земле.

Вода обладает отрицательным электрическим потенциалом поверхности.

Чистая (не содержащая примесей) вода — хороший изолятор.

Вода имеет показатель преломления n=1,33 в оптическом диапазоне. Однако она сильно поглощает инфракрасное излучение, и поэтому водяной пар является основным естественным парниковым газом, отвечающим более чем за 60 % парникового эффекта. Благодаря большому дипольному моменту молекул, вода также поглощает микроволновое излучение, на чём основан принцип действия микроволновой печи. 

Агрегатные состояния

По состоянию различают:

• Твёрдое — лёд
• Жидкое — вода
• Газообразное — водяной пар

При нормальном атмосферном давлении вода переходит в твердое состояние при температуре в 0 °C и кипит (превращается в водяной пар) при температуре 100 °C. При снижении давления температура таяния (плавления) льда медленно растёт, а температура кипения воды — падает. При более низком давлении вода не может находиться в жидком состоянии, и лёд превращается непосредственно в пар.

При росте давления температура кипения воды растёт, плотность водяного пара в точке  кипения тоже растёт, а жидкой воды — падает.

Так же возможны метастабильные состояния — пересыщенный пар, перегретая жидкость, переохлаждённая жидкость. Эти состояния могут существовать длительное время, однако они неустойчивы и при соприкосновении с более устойчивой фазой происходит переход. Например, нетрудно получить переохлаждённую жидкость, охладив чистую воду в чистом сосуде ниже 0 °C, однако при появлении центра кристаллизации жидкая вода быстро превращается в лёд.

Чистая вода способна как переохлаждаться не замерзая до температур 33 градусов ниже нуля, так и быть перегрета до +200°. За это её свойство она получила применение в промышленности.  

Недавно ученые сумели приготовить «сухую» воду. Для этого нужно к обычной  воде добавить совсем немного тонко  размельченного порошка несмачиваемой кремниевой кислоты. Вода сразу становится сухой и сыпучей. Ее можно пересыпать, перевозить в пакетах; даже на ощупь такая вода совсем не влажная, а сухая и холодная.

Изотопные модификации  воды 

    И кислород, и водород имеют природные  и искусственные изотопы. В зависимости  от типа изотопов водорода, входящих в молекулу, выделяют следующие виды воды:

• Лёгкая вода (основная составляющая привычной людям воды) H₂O.
• Тяжёлая вода (дейтериевая) D₂O.
• Сверхтяжёлая вода (тритиевая) T₂O.
• тритий-дейтериевая вода TDO
• тритий-протиевая вода THO
• дейтерий-протиевая вода DHO

Последние три  вида возможны, так как молекула воды содержит два атома водорода. Протий — самый легкий изотоп водорода,дейтерий имеет атомную массу 2,0141017778 а.е.м., тритий — самый тяжелый, атомная масса 3,0160492777 а.е.м.

Известно, что  тяжёлая вода не поддерживает жизни, то есть большинство живых организмов (за исключением некоторых микроорганизмов  и грибов) в такой воде умирает.

Химические  свойства

Вода является наиболее распространённым растворителем  на планете Земля, во многом определяющим характер земной химии, как науки. Большая  часть химии, при её зарождении как  науки, начиналась именно как химия водных растворов веществ.

Вода химически  довольно активное вещество. Сильно полярные молекулы воды сольватируют ионы и молекулы, образуют гидраты и кристаллогидраты. Сольволиз, и в частности гидролиз, происходит в живой и неживой природе, и широко используется в химической промышленности.

Вода реагирует  при комнатной температуре:

• с активными металлами (натрий, калий, кальций, барий и др.)
• с галогенами (фтором, хлором) и межгалоидными соединениями
• с солями, образованными слабой кислотой и слабым основанием, вызывая их полный гидролиз
• с ангидридами и галогенангидридами карбоновых и неорганических кислот
• с активными металлорганическими соединениями (диэтилцинк, реактивы Гриньяра, метилнатрий и т. д.)
• с карбидами, нитридами, фосфидами, силицидами, гидридами активных металлов (кальция, натрия, лития и др.)
• со многими солями, образуя гидраты
• с боранами, силанами
• с кетенами, недоокисью углерода
• с фторидами благородных газов

Вода реагирует  при нагревании:

• с железом, магнием
• с углем, метаном
• с некоторыми алкилгалогенидами

Вода реагирует  в присутствии катализатора:

• с амидами, эфирами карбоновых кислот
• с ацетиленом и другими алкинами
• с алкенами
• с нитрилами

Вода  за пределами Земли

Вода чрезвычайно  распространённое вещество в космосе, однако из-за высокого внутрижидкостного давления вода не может существовать в жидком состоянии в условиях вакуума космоса, отчего она представлена только в виде пара или льда.

Одним из наиболее важных вопросов, связанных с освоением космоса человеком и возможности возникновения жизни на других планетах, является вопрос о наличии воды за пределами Земли в достаточно большой концентрации. Известно, что некоторые кометы более, чем на 50 % состоят из водяного льда.

В результате бомбардировки  лунного кратера, проведённого 9 октября 2009 года НАСА с использованием космического аппаратаLCROSS, впервые были получены достоверные свидетельства наличия на спутнике Земли водяного льда в больших объемах.

Жидкая вода, предположительно, имеется под поверхностью некоторых спутников планет, наиболее вероятно, на Европе, спутнике Юпитера.

Исследования  воды

Гидрология

Гидрология — наука, изучающая природные воды, их взаимодействие с атмосферой и литосферой, а также явления и процессы, в них протекающие (испарение, замерзание и т. п.).

Предметом изучения гидрологии являются все виды вод  гидросферы в океанах, морях, реках, озёрах, водохранилищах, болотах, почвенных и подземных вод.

Гидрология исследует круговорот воды в природе, влияние на него деятельности человека и управление режимом водных объектов и водным режимом отдельных территорий; проводит анализ гидрологических элементов для отдельных территорий и Земли в целом; даёт оценку и прогноз состояния и рационального использования водных ресурсов; пользуется методами, применяемыми в географии, физике и других науках. Данные гидрологии моря используются при плавании и ведении боевых действий надводными кораблями и подводными лодками.

Гидрология подразделяется на океанологию, гидрологию суши и гидрогеологию.

Биологическая роль

Вода играет уникальную роль как вещество, определяющее возможность существования и саму жизнь всех существ на Земле. Она выполняет роль универсального растворителя, в котором происходят основные биохимические процессы живых организмов. Уникальность воды состоит в том, что она достаточно хорошо растворяет как органические, так и неорганические вещества, обеспечивая высокую скорость протекания химических реакций и в то же время — достаточную сложность образующихся комплексных соединений. Благодаря водородной связи, вода остаётся жидкой в широком диапазоне температур, причём именно в том, который широко представлен на планете Земля в настоящее время. 

Питьевая  вода

Основные источники  загрязнения питьевой воды

Коммунальные  стоки - содержат как химические, так  и микробиологические 
загрязнения и представляют серьезную опасность. Содержащиеся в них бактерии и вирусы являются причиной опасных заболеваний: сыпного тифа и паратифа, сальмонеллеза, бактериальной краснухи, эмбрионов холеры, вирусов вызывающих воспаления около мозговой оболочки и кишечных заболеваний. Такая вода может быть переносчиком яиц глистов (солитеры, аскариды и власоглавы). В коммунальных стоках присутствуют также токсичные детергенты (моющие вещества), сложные ароматические углеводороды (САУ), нитраты и нитриты.

 
Промышленные стоки.

В зависимости  от отрасли промышленности могут  содержать практически 
все существующие химические вещества: тяжелые металлы, фенолы, 
формальдегид, органические растворители (ксилол, бензол, толуол), 
упомянутые выше (САУ) и т.н. особо токсичные стоки. Последняя 
разновидность вызывает мутагенные (генетические), тератогенные 
(повреждающие плод) и канцерогенные (раковые новообразования) изменения. 
Главные источники особо токсичных стоков: металлургическая промышленность и машиностроение, производство удобрений, целлюлозно-бумажная промышленность, цементно-асбестовое производство и лако-красочая промышленность. Парадоксально, но источником загрязнения является также сам процесс очистки и водоподготовки (!).

     
Коммунальные отходы.

В большинстве  случаев, там, где нет сети водоснабжения нет и 
канализации, а если и есть, то она (канализация) не может полностью 
предотвратить проникновению отходов в грунт и, следовательно, в грунтовые воды. Поскольку верхний горизонт грунтовых вод расположен на глубине от 3 до 20 м (глубина обычных колодцев),то именно на этой глубине скапливаются "продукты" человеческой деятельности в гораздо более серьезных концентрациях, чем в поверхностных водах: детергенты из наших стиральных машин и ванн, кухонные отходы (остатки пищи), фекалии людей и животных. 
Конечно же, все перечисленные компоненты профильтрованы сквозь верхний 
слой грунта, но некоторые из них (вирусы, водо-растворимые и текучие 
субстанции) способны проникать в грунтовые воды практически без потерь. То, что выгребные ямы и местная канализация располагаются на некотором удалении от колодцев ничего не значит. Доказано, что грунтовые воды могут при соблюдении некоторых условий (н.п. легкий уклон) перемещаться в 
горизонтальной плоскости на несколько километров. 

Источники пресной  воды

Пресные водные ресурсы существуют благодаря вечному  круговороту воды. В результате испарения  образуется гигантский объем воды, достигающий 525 тыс. км3 в год.  
 
86% этого количества приходится на соленые воды Мирового океана и внутренних морей - Каспийского. Аральского и др.; остальное испаряется на суше, причем половина благодаря транспирации влаги растениями. Каждый год испаряется слой воды толщиной примерно 1250 мм. Часть ее вновь выпадает с осадками в океан, а часть переносится ветрами на сушу и здесь питает реки и озера, ледники и подземные воды. Природный дистиллятор питается энергией Солнца и отбирает примерно 20% этой энергии. 
 
Всего 2% гидросферы приходится на пресные воды, но они постоянно возобновляются. Скорость возобновления и определяет доступные человечеству ресурсы. Большая часть пресных вод - 85% - сосредоточена во льдах полярных зон и ледников. Скорость водообмена здесь меньше, чем в океане, и составляет 8000 лет. Поверхностные воды суши обновляются примерно в 500 раз быстрее, чем в океане. Еще быстрее, примерно за 10 - 12 суток, обновляются воды рек. Наибольшее практическое значение для человечества имеют пресные воды рек. 
 
Реки всегда были источником пресной воды. Но в современную эпоху они стали транспортировать отходы. Отходы на водосборной территории по руслам рек стекают в моря и океаны. Большая часть использованной речной воды возвращается в реки и водоемы в виде сточных вод. До сих пор рост очистных сооружений отставал от роста потребления воды. И на первый взгляд в этом заключается корень зла. На самом деле все обстоит гораздо серьезнее. Даже при самой совершенной очистке, включая биологическую, все растворенные неорганические вещества и до 10% органических загрязняющих веществ остаются в очищенных сточных водах. Такая вода вновь может стать пригодной для потребления только после многократного разбавления чистой природной водой. И здесь для человека важно соотношение абсолютного количества сточных вод, хотя бы и очищенных, и водного стока рек. 
 
Мировой водохозяйственный баланс показал, что на все виды водопользования тратится 2200 км воды в год. На разбавление стоков уходит почти 20% ресурсов пресных вод мира. Расчеты на 2000 г. в предположении, что нормы водопотребления уменьшатся, а очистка охватит все сточные воды, показали, что все равно ежегодно потребуется 30 - 35 тыс. км3 пресной воды на разбавление сточных вод. Это означает, что ресурсы полного мирового речного стока будут близки к исчерпанию, а во многих районах мира они уже исчерпаны. Количество пресной воды не уменьшается, но ее качество резко падает, она становится не пригодной для потребления. 
 
Человечеству придется изменить стратегию водопользования. Необходимость заставляет изолировать антропогенный водный цикл от природного. Практически это означает переход на замкнутое водоснабжение, на маловодную или малоотходную, а затем на "сухую" или безотходную технологию, сопровождающуюся резким уменьшением объемов потребления воды и очищенных сточных вод. 
 
Запасы пресной воды потенциально велики. Однако в любом районе мира они могут истощиться из-за нерационального водопользования или загрязнения. Число таких мест растет, охватывая целые географические районы. Потребность в воде не удовлетворяется у 20% городского и 75% сельского населения мира. Объем потребляемой воды зависят от региона и уровня жизни и составляет от 3 до 700 л в сутки на одного человека. Потребление воды промышленностью также зависит от экономического развития данного района. Например, в Канаде промышленность потребляет 84% всего водозабора, а в Индии - 1%. Наиболее водоемкие отрасли промышленности: сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит почти 70% всей воды, затрачиваемой в промышленности. В среднем в мире на промышленность уходит примерно 20% всей потребляемой воды. Главный же потребитель пресной воды - сельское хозяйство: на его нужды уходит 70-80% всей пресной воды. Орошаемое земледелие занимает лишь 15-17% площади сельскохозяйственн

Основные факторы, определяющие выбор стандартов качества питьевой воды 
 
В качестве первых санитарно – гигиенических характеристик пресной воды использовались органолептические показатели, которые были основаны на интенсивности восприятия органами чувств физических свойств воды. В настоящее время в эту группу в качестве нормативных характеристик входят: 
 
· Запах при 20оС и подогреве до 60оС, балл 
 
· Цветность по шкале, градус 
 
· Прозрачность по шкале, см 
 
· Мутность по стандартной шкале, мг/дм3 
 
· Окраска окрашенного столбца (отсутствие водных организмов и пленки) 
 
В качестве фундаментальной основы для разработки ПДК всех видов загрязняющих веществ используется концепция порогового воздействия токсикантов на организм. При проведении систематических биогеохимических исследований было установлено наличие трех областей на кривой функциональной зависимости между дозой (концентрацией токсического вещества) и эффектом (негативными последствиями на организм): 
 
· При малых количествах потребления токсиканта либо безвредно для организма, либо стимулирует его жизнедеятельность 
 
· В области средних концентраций существует оптимальный диапазон, в котором организм способен регулировать взаимодействие с окружающей средой 
 
· Дальнейший рост концентрации вещества в воде может стать причиной подавения жизнедеятельности организма. 
 
Для обеспечения качества воды в водоисточниках и системах водопотребления используется ряд нормативных документов, основанных на значениях ПДК, из которых главными являются следующие: 
 
· ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством». 
 
· ГОСТ 2761-84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора». 
 
· «Санитарные нормы предельно-допустимого содержания вредных веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового использования» СанПиН 42-121-4130-88. 
 
· «Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения». СанПиН 4630-88 
 
· «Водный кодекс РФ», 1997 год 

Загрязнение водной среды

В настоящее  время проблема загрязнения водной среды является очень актуальной, т.к. сейчас люди начинают забывать всем известное выражение «вода –  это жизнь». Без воды человек не может прожить более трех суток, но, даже понимая всю важность роли воды в его жизни, он все равно продолжает наносить вред водным объектам, безвозвратно изменяя их естественный режим сбросами и отходами.