Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Питьевая вода. 2

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (СГИПС)

РЕФЕРАТ

Питьевая вода

ПЛАН

1. Химия воды

2. Санитарно-химический анализ

3. Требования к качеству воды

4. Обеззараживание воды

5. Устранение привкусов и запахов воды

6. Очистка воды от радиоактивных веществ

7. Биологическое значение воды

8. Вода - чудесный доктор

ХИМИЯ ВОДЫ

Обычно в учебниках рассматривают воду, как соединение водорода и кислорода (Н2О), т. е. 2 г водорода соединяется с 16 г кислорода. Вода, встречающая в природе, не отвечает этим требованиям, она является смесью 18 различных веществ.

Вода - это удивительное вещество - разделяется в зависимости от распределения среди других веществ на пять различных групп:

1) конституционная вода - ее молекулы входят в анион или в катион некоторых комплексов кобальта, железа, платины. Выделение такой воды под действием нагревания обычно вызывает разрушение кристаллической структуры металла;

2) кристаллизационная вода - соответствует определенному числу молекул Н2О, входящих в состав некоторых веществ; она может выделяться при нагревании, но вновь присоединяться к безводному веществу, если его снова приблизить к воде; при этом образуются подлинные гидраты, кристаллическая структура которых отличается от кристаллической структуры безводного вещества;

3) пропитывающаяся вода - находится в цеолитах, опалах, глинах;

4) смачивающая вода, называемая иногда и адсорбционной водой, - встречается на поверхности стекла, кварца, ртути, в полостях железа;

5) физиологически связанная вода - находится в тканях живых существ и очень отличается от кристаллизационной воды.

Таким образом, вода является одним из достаточно сложных веществ, как по физическим, так и по химическим показателям.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Чистая вода представляет собой бесцветную прозрачную жидкость. Плотность воды при переходе ее из твердого состояния в жидкое не уменьшается, как почти всех других веществ, а возрастает. При нагревании воды от 0 до 40 ˚С плотность ее также увеличивается. Вода обладает аномально высокой теплоемкостью [1 кал /(г * град)]. Молекула воды имеет угловое строение; входящие в ее состав ядра образуют равнобедренный треугольник, в основании которого находятся два протона, а в вершине - ядро атома кислорода. Длина каждой связи. О - Н близка к 1 А, расстояние между ядрами атомов водорода равно около 1,5 А. Из восьми электронов, составляющих внешний электронный слой атома кислорода в молекуле воды две электронные пары образуют ковалентные связи О - Н, а остальные четыре электрона представляют собой две неподеленных электронных пары.

Атом кислорода в молекуле воды находится в состоянии sp³ - гибридизации. Поэтому валентный угол НОН (104,5) близок к тетраэдрическому (109,5). Электроны, образующие связи О - Н, смещены к более электроотрицательному атому кислорода, в результате чего атомы водорода приобретают эффективные положительные заряды. Не поделенные электронные пары,

Схема строения молекулы воды

находящиеся на гибридных sp³ - орбиталях, смещены относительно ядра атома кислорода и создают два отрицательных полюса.

В твердой воде (лед) атом кислорода каждой молекулы участвует в образовании двух водородных связей с соседними молекулами воды согласно схеме

О О

Н Н

Н H

O О

в которой водородные связи показаны пунктиром.

При нагревании воды часть теплоты затрачивается на разрыв водородных связей. Этим и объясняется высокая теплоемкость воды.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Молекулы воды отличаются большой устойчивостью к нагреванию. Однако при температурах выше 1000 ⁰С водяной пар начинает разлагаться на водород и кислород:

Процесс разложения вещества в результате его нагревания называется термической диссоциацией. Термическая диссоциация воды протекает с поглощением теплоты. Поэтому, согласно принципу Ле Шателье, чем выше температура, тем в большей степени разлагается вода.

Вода - весьма реакционно-способное вещество. Оксиды многих металлов и неметаллов соединяются с водой, образуя основания и кислоты; некоторые соли образуют с водой кристаллогидраты; наиболее активные металлы взаимодействуют с водой с выделением водорода.

Вода обладает также каталитической способностью. В отсутствие следов влаги практически не протекают некоторые обычные реакции, например, хлор не взаимодействует с металлами и т. д.

Вода способна образовывать соединения с рядом веществ, находящихся при обычных условиях в газообразном состоянии и обычно не обладающих большой химической активностью. Такие соединения образуются в результате заполнения молекулами газа межмолекулярных полостей, имеющихся в структуре воды, и называются соединениями включения или клатратами.)

В природной воде, как было отмечено выше, всегда растворены различные газообразные, твердые и жидкие вещества, создающие по минеральному составу большое разнообразие природных растворов. По содержанию растворенных веществ в 1 л воды различают пресные (менее 1 г), минерализованные (1 - 50 г) и соленые (более 50 г) воды.

Чтобы освободить природную воду от взвешенных в ней частиц, ее фильтруют сквозь слой пористого вещества, например, угля, обожженной глины и т. п. При фильтровании задерживается также большая часть бактерий. Кроме того, для обеззараживания питьевой воды ее хлорируют; для полной стерилизации воды требуется не более 0,7 г хлора на 1 т воды. Фильтрованием можно удалить из воды только нерастворимые примеси. Растворенные вещества удаляют из нее путем перегонки (дистилляции) или ионного обмена.

Чистая вода является смесью легкой воды Н₂О и очень малых количеств окисей Д₂О и Т₂О - тяжелой и сверхтяжелой воды. Жидкая вода является идеальным типом текучего тела и в то же время это жидкость, еще сохранившая некоторые свойства кристаллического льда, из которого она произошла.

В природной воде могут растворяться газы как атмосферного, так и подземного происхождения. Растворимость газов в воде зависит от ряда факторов: температуры, давления, минерализации и присутствия в водном растворе других газов.

Процесс растворения твердых веществ в воде рассматривается как борьба электростатических сил с противоположными зарядами, присущими ионам твердого вещества, с одной стороны, и ионам, и молекулам воды, с другой. Вода является таким электролитом; в ней растворяется и тонизируется ряд веществ. Многие соединения в контакте с водой принимают коллоидную форму, поэтому вода, которая сама по себе не имеет никакой питательной ценности, является главной составной частью тканей живых веществ.

При комнатной температуре вода становится причиной образования ржавчины на железе, однако при высоких температурах она сама разлагается под действием железа.

Химический состав природных вод по преобладающему ионному составу делится на три класса: хлоридный, сульфатный и гидрокарбонатный.

Каждый класс подразделяется, в свою очередь, на три группы: кольцевую, магниевую и натриевую, т. е. классификация проводится по катионам.

Одной из основных характеристик воды является концентрация ионов водорода, обозначаемая как рН. ( Морская вода имеет щелочную реакцию, и ее средняя рН=8).

Первый, благодаря кому стал известен состав воды, был Г.Кавендиш. Затем Лавуазье, усомнившись в результатах исследований Кавендиша и Пристли, провел тот же эксперимент в 1783 г. в присутствии Лапласа. Правильность заключения Кавендиша о том, что при сгорании горючего воздуха (водорода) образуется вода, подтвердилась: полученная жидкость, исследованная по всем правилам, оказалась чистой водой. Вода, как продукт сгорания водорода, была получена также французским ученым Монтажам. Опыты Лавуазье по теории горения окончательно утвердили представления о ее составе, как соединении двух специфических газов: водорода и кислорода.

САНИТАРНО – ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Для оценки качества воды ее подвергают физико-химическому анализу. Последний делится на физические и химические определения.

ФИЗИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОДЫ. К ним относятся: температура, запах, вкус, прозрачность, мутность, плотность и т. д.

Температура. Оптимальная температура воды, идущей для питья, должна быть не выше 11˚С и не ниже 7˚С. Вода с такой температурой имеет наиболее приятный и освежающий вкус. Вода с высокой температурой содержит в себе мало растворимых газов, поэтому она плохо утоляет жажду и не приятна на вкус.

Запах и вкус воды зависит от температуры растворимых в воде газов и от химического состава примесей.

Сравнительная таблица предельной концентрации солей, вызывающих

вкусовые ощущения

соль

Концентрация, мг/л

Вкус (без ясного представления) едва ощутимый

Вкус воспринимается как плохой, отталкивающий

NaCl

MgCl₂

MgSO₄

CaSO₄

KCl

FeSO₄

MnCl₂

FeCl₂

150

100

200

350

1,5

2,0

0,3

500-соленый

400-горький

500-горький

150-вяжущий

700-горький

5,0-железистый

4,0-болотный

0,5-болотный

Причина запаха и привкуса воды объясняется присутствием, например, сероводорода и продуктов разложения растительных организмов, которые образуются при цветении водоемов, т. е. массовом развитии взвешенных водорослей. Со временем водоросли отмирают, осаждаются на дно и разрушаются там гнилостными микробами с выделением неприятно пахнущих веществ.

Приятный и освежающий вкус воде придают растворенные в ней газы (кислород и углекислота), а также небольшие количества гидрокарбоната кальция.

Различают четыре вида вкуса: соленый, горький, сладкий и кислый. Остальные виды вкусовых ощущений называют привкусами. Вкус и привкус определяют в сырой воде, за исключением воды открытых водоемов и источников, сомнительных в санитарном отношении, вкус которых определяют после кипячения и охлаждения воды до комнатной температуры, что должно быть отмечено в записи анализа («вкус, привкус кипяченой воды»). Хлорированная вода определяется на вкус через 30 мин после введения в нее хлора.

Качественная характеристика привкуса определяется по соответствующим признакам: хлорный, рыбный, металлический и др.

Определение характера запаха

символ

Характер запаха

Примерный род запаха

Ароматический

Болотный

Гнилостный

Древесный

Землистый

Рыбный

Сероводорода

Травянистый

Неопределенный

Огуречный, цветочный

Илистый, тинистый

Фекальный, сточной воды

Запах мокрой щепы, древесины

Прелый, свежевспаханной земли

Рыбьего жира, рыбы

Тухлых яиц

Сена

Запах естественного происхождения, не подходящий под предыдущие определения

Интенсивность вкуса и привкуса определяют по пятибалльной системе.

Оценка интенсивности запаха

балл	Интенсивность запаха	Описание определения
0	Никакого	Отсутствие ощутимого запаха
1	Очень слабый	Запах, обнаруживаемый опытным исследователем
2	Слабый	Запах, не привлекающий внимания потребителя, но такой, который можно заметить, если указать на него
3	Заметный	Запах, легко обнаруживаемый и могущий дать повод относится к воде с неодобрением
4	Отчетливый	Запах, обращающий на себя внимание и делающий воду непригодной для питья
5	Очень сильный	Запах настолько сильный, что делает воду непригодной для питья

ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ВОДЫ:

Питьевая вода: она должна быть безвредна для здоровья человека, иметь хорошие органолептические показатели и пригодна для хозяйственно – бытовых процессов. Ее качества должны отвечать ГОСТ 2874-73 (вода питьевая).

Требования, предъявляемые к питьевой воде.

Бактериологические показатели воды

Общее количество бактерий в 1 мл неразбавленной воды, не более….	100
Количество бактерий группы кишечной палочки в 1 л воды, не более.	3

Показатели токсических химических веществ воды

(Допустимые концентрации в воде химических веществ, могущих содержаться в ней)

Бериллий, мг/л……………………………………..0,0002

Молибден, мг/л…………………………………….0,5

Мышьяк, мг/л………………………………………0,05

Нитраты, мг/л………………………………………10,0

Полиакриламид, мг/л………………………………2,0

Свинец, мг/л………………………………………...0,1

Селен, мг/л…………………………………………..1,001

Стронций, мг/л………………………………………2,0

Уран U природный и уран 283, мг/л……………….1,7

Радий 226 (Ra), Ки*/л………………………………..1,2*10^-10

Стронций 90 (Sr), Ки*/л……………………………..4,0*10^-10

Примечания:

Если по местным условиям осуществляется фторирование воды, содержание в ней фтора (фторидов) должно быть в пределах 70-80% от приведенных норм.
При применении серебра (Ag+) для консервирования воды содержание иона не должно быть более 0,05 мг/л.
При обнаруживании в воде нескольких токсических веществ сумма концентраций, выраженная в долях от максимально допустимых концентраций каждого вещества в отдельности, не должна быть более 1.

Расчет ведется по формуле

Где с₁, с₂, …, с_n –обнаружение концентрации, мг/л; С₁, С₂,…, С_n-установленные нормы, мг/л.

Органолептические показатели воды должны отвечать следующим требованиям:

Запах при 20˚С и при подогревании воды до 60˚С, не более…..2

Привкус при 20˚С, баллы, не более………………………………2

Мутность по стандартной шкале, мг/л, не более……………….1,5

Водородный показатель рН должен быть в пределах 6,5-8,5

При обнаружении в воде веществ, придающих привкус (сульфатов, хлоридов), сумма их концентраций, выраженная в долях от максимально допустимых концентраций каждого вещества в отдельности, не должна быть более 1.

Сухой остаток, мг/л………….1000,0

Хлориды (Cl^-), мг/л………….350,0

Сульфаты (SO₄^2-), мг/л……...500,0

Железо (Fe²⁺ , Fe³⁺),мг/л…….0,3

Марганец (Mn²⁺), мг/л……….0,1

Медь (Cu²⁺), мг/л…………….1,0

Цинк (Zn²⁺),мг/л……………...5.0

Остаточный алюминий (Al³⁺), мг/л..0,5

Примечания:

При использовании подземных вод без установок по обезжелезиванию воды, по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы содержание железа в воде, поступающей в водопроводную сеть, допускается до 1,0 мг/л.

ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ

Фильтрование воды через песок освобождает ее от суспендированных примесей и частично снижает ее бактериальную загрязненность. Для полного обеззараживания воду дезинфицируют действием реагентов, убивающих патогенные (болезнетворные) микроорганизмы. К этим реагентам относятся газообразный хлор и хлорсодержащие вещества (хлорная известь, хлорамины, двуокись хлора), озон, соли тяжелых металлов и физические агенты (ультрафиолетовые лучи, ультразвук и др.). В практике водоочистки пользуются чаще всего хлором и хлорсодержащими веществами.

Сущность обеззараживающего действия хлора заключается в окислительно-восстановительных процессах, происходящих при взаимодействии хлора и его соединений с органическими веществами микробной клетки. Из всех соединений хлора наиболее эффективным реагентом является хлорноватистая кислота. Полагают, что хлорноватистая кислота вступает в реакцию с ферментами бактерий и тем самым нарушает обмен веществ в бактериальной клетке.

При обеззараживании хлором происходит разрушение органических примесей воды. Иногда хлорирование приводит к образованию сильно пахнущих хлорпроизводных продуктов распада растительных и животных организмов. Особенно устойчивыми и неприятными являются запахи, возникающие при хлорировании воды, загрязненной стоками, содержащими фенолы и другие ароматические соединения.

Хлорирование играет также большую роль при очистке вод от мелкодисперсной взвеси и тем самым способствует обесцвечиванию их и создает благоприятные условия для осветления и фильтрования.

Хлор при растворении в воде образует две кислоты - соляную и хлорноватистую:

Хлорноватистая кислота очень слабая и ее диссоциация зависит от активной реакции среды. Чем ниже значение рН системы, тем выше содержание в ней хлорноватистой кислоты, обеспечивающей процесс обеззараживания воды.

Еще в технике очистки воды пользуются методом электрохимического растворения серебра. Этот метод позволяет с помощью электроизмерительных приборов установить точную дозировку и регулировать процесс обеззараживания.

Электрохимически приготовленная серебряная вода, по данным Л.А.Кульского, по своей бактерицидности обладает большей силой, чем применяемый на практике дезинфицированный хлор. При введении серебра в количестве 1 мг/л в природную воду, оказалось, что полное обеззараживание наступает через 2 часа. По устойчивости к действию серебряной воды исследованные бактерии можно расположить в убывающий ряд: стафилококки >стрептококки >бактерии брюшного типа >бактерии дизентерии >группы кишечной палочки. Самой устойчивой к действию ионов серебра является кишечная палочка, которая служит индикатором на чистоту обеззараживания воды. Если после очистки в воде не будет содержаться кишечной палочки, то все вышеперечисленные бактерии тем более будут отсутствовать в ней.

УСТРАНЕНИЕ ПРИВКУСОВ И ЗАПАХА ВОДЫ

Дезодорацией называется обработка воды с целью уничтожения дурного запаха и привкуса, обусловленного различными примесями, присутствующими иногда в аналитически неопределимых концентрациях.

Запах воды может быть вызван сероводородом, фенолами, хлором, растворимыми солями и т. д. Неприятные запахи и привкусы вода приобретает также от попадания в нее со сточными водами синтетических поверхностно- активных веществ (СПАВ).

Общим приемом дезодорации является фильтрование воды через слой активированного угля, который адсорбирует загрязнения.

Действия хлора по устранению запахов и привкусов может быть усиленно введением перманганата. Обработка воды может производиться до хлорирования или после него, а иногда как самостоятельное окисление в отсутствие хлора.

Если обработка KMnO₄ предшествует хлорированию, то цель ее сводится к разрушению органических веществ, обладающих неприятным запахом и вкусом.

Для улучшения вкусовых качеств воды, содержащей фенолы, применяется преаммонизация. Образующийся хлорамин обладает меньшим окислительным потенциалом, чем хлор, поэтому он не взаимодействует с фенолами и, следовательно, в воде не возникает хлорфенольный запах и привкус. Преаммонизация предохраняет от появления запаха остаточного хлора, уменьшает возможность последующего развития бактерий.

В качестве одного из методов улучшения вкусовых показателей воды применяют озонирование.

Удаление из воды минеральных веществ производят подщелачиванием известью или фильтрованием через магномассу (обожженный доломит). Так удаляют свинец, медь, цинк, титан, ванадий, вольфрам, молибден, уран, никель, кобальт, ртуть.

Профилактическими методами борьбы с привкусами и запахами воды является очистка дна и берегов водоемов от илистой загнивающей растительности, а также очистка и дезинфекция очистных сооружений. Эти меры обеспечивают уничтожение микроорганизмов, вызывающих появление запахов и привкусов.

ОЧИСТКА ВОДЫ ОТ РАДИОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

Природные воды могут содержать радиоактивные вещества естественного и искусственного происхождения. Естественной радиоактивностью воды обогащаются, проходя через породы, содержащие радиоактивные элементы (изотопы урана, радия, тория, калия и др.). Солями с искусственной радиоактивностью вода заражается при попадании в нее стоков от промышленных, исследовательских предприятий и медицинских учреждений, использующих радиоактивные препараты. Природная вода также заражается радиоактивными элементами при экспериментальных взрывах термоядерного оружия.

Сточные воды повышенной радиоактивности порядка 100 Ки и выше подвергаются захоронению в специальных резервуарах или закачиваются в подземные бессточные бассейны.

В организмах растений и животных происходят процессы биологической концентрации радиоактивных веществ, которые могут быть переданы по трофической цепи человеку как потребителю рыбы.

В нашей стране принимаются все меры, необходимые для охраны источников водоснабжения от загрязнения радиоактивными отходами. Попадание этих продуктов в водоем носит случайный характер, поэтому при загрязнении пользование водоисточником временно прекращают.

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ВОДЫ

Биологическое значение воды можно показать на примере медузы. Если высушить медузу, то остаток составит 0,1% ее живой массы. Организм форели на 84% состоит из воды, лягушки на 80%. За 9 - 10 дней вода проходит через весь организм.

Вода известна как хороший растворитель - она растворяет многие вещества. Кроме того, вода является той физико-химической средой, благодаря которой может осуществляться большинство реакций обмена веществ, обеспечивающих непрерывный процесс разрушения и восстановления живых тканей.

Таким образом, вода является основной биологической жидкостью. Она не только инертная среда, она может также вступать в соединение с другими компонентами живой материи. Необходимо особо подчеркнуть это ее значение в биологическом круговороте. Одновременно вода играет роль в регулировании температуры организма и необходима для орошения его тканей.

Взрослый человек должен выпивать около 2,5 л воды в сутки. За 60 лет своей жизни он выпивает целую цистерну пресной воды (50 т). Пить очень пресные воды вредно, ибо это вызывает выщелачивание кальция из организма, особенно детского.

Жажда является естественной потребностью, ее вызывает повышение осмотического давления внутри организма. Это так называемая " тканевая жажда ", которую невозможно утолить, смазывая слизистую оболочку рта, эту потребность можно удовлетворить только введением жидкости в организм. В течение суток в пищеварительный канал поступает 9 -10 л жидкости, которая впитывается слизистой оболочкой. Из этого количества жидкости извне поступает только 2,5 л, а остальное количество распределяется следующим образом: 1,5 л слюны, столько же желудочного сока, 3 л кишечного сока, 0,7 л сока поджелудочной железы и 0,5 л желчи. В ухе у нас есть так называемый лабиринт, наполненный жидкостью, при ходьбе он регулирует равновесие нашего тела. Питьевой центр в нашем организме - это командный пункт, ведающий водным балансом человеческого тела. Он контролирует и регулирует беспрерывный обмен воды между отдельными органами. В среднем в сутки из организма человека выделяется 2 - 2,5 л воды. Чтобы поддержать водный баланс в организме необходимо вводить в него такое же количество воды.

Отсюда, очевидно, то огромное значение, которое имеет вода для всех живых существ.

Можно ли есть воду? Чтобы ответить на этот вопрос, обратимся к продуктам, которые мы повседневно употребляем.

Потребность организма в воде удовлетворяется приемом пищи и напитков. Количество воды в потребляемых человеком продуктах приведено ниже:

ПРОДУКТ	Кол-во воды, %	ПРОДУКТ	Кол-во воды, %
Говядина жирная	53	картофель	78
постная	76	свекла	88
телятина	78	морковь	89
Свинина жирная	47	Белокочанная капуста	94
постная	72	баклажаны	92
Масло животное	14	огурцы	98

молоко	87	помидоры	91
Куриные яйца	74	дыни	89
треска	82	арбузы	94
Пшеничный хлеб	34	Груши, яблоки	85