РЕФЕРАТ
ВОДА — САМОЕБОЛЬШОЕ 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
Самыевысокие слова, какие можно сказать о воде, едва ли чрезмерны. Человек, как ивсе 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 % водывызывает плохое самочувствие, 10 % — необратимые изменения в организме, а 15—20% — смерть. А между тем для поддержания жизнедеятельности организму нужно нетак уж много: 2—2,5 литров в сутки. Хотя за всю жизнь и набирается около 75тысяч литров, но все равно это лишь малая часть от того, сколько человекрасходует на самом деле.
1.Характеристики природной воды
Структура потребления воды человечеством
По расчетам американских ученых, структурапотребления 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 нахозяйственно-бытовые нужды человеку нужно примерно в десять раз больше воды,чем только для питья и приготовления пищи.
Центральным водоснабжением на Земле пользуются 1,1млрд. человек (280 л в сутки на человека), еще 0,8 млрд. — берут воду изколонок (110 л в сутки), а остальная часть человечества использует только 50—60л в сутки. Правду говорят, что развитие цивилизации можно измерять в литрахпотребляемой на душу населения воды… А ведь помимо бытовых потребностейкаждого человека, есть еще расход на нужды промышленности и сельскогохозяйства. Если и это подсчитать, то, например, в США суммарное потребление водыдостигает 7 000 л на человека в сутки!
Здесь мы оставим в стороне промышленные исельскохозяйственные нужды и вернемся к тому, что потребляет человек.Требования к воде довольно жесткие. Закон гласит так: Питьевая вода должна бытьбезопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическомусоставу и иметь благоприятные органолептические свойства», то есть цвет, вкус,запах, мутность. Естественно, природная вода (за редчайшим исключением) этимтребованиям не отвечает. Поэтому специалисты затрачивают огромные усилия, чтобысделать ее питьевой.
Как правило, природная вода содержит растворенныевещества, 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 естьнеорганические 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. Приэтом их гидрокарбонаты создают временную жесткость, которую можно удалитькипячением, 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 торфяныегумусовые вещества (гуминовые и ульминовые кислоты, фульвокислоты и их соли).Природные воды содержат и другие продукты жизнедеятельности и разложения живыхорганизмов: растительные (галловая кислота, танин, фенолы) и животные. Но,конечно, самые опасные органические соединения попадают в воду из промышленныхпредприятий.
1.2 Коллоидные частицы
Коллоидные частицы — это мелкие загрязнения (меньше I0,1 мкм): частицы глин, соединения кремния, алюминия и железа, и опять же —продукты жизнедеятельности и распада растений и животных. К поверхностиколлоидных частиц прикрепляются ионы растворенных веществ, после чего ониприобретают электрический заряд. Заряженные частицы уже не слипаются в болеекрупные и не оседают, а существуют неопределенно долго в виде устойчивых, такназываемых коллоидных, растворов.
1.3 Взвешенные вещества
Взвешенные частицы, загрязняющие воду, гораздокрупнее коллоидных (более 1—5 мкм). Эти частицы могут быть минерального иорганического происхождения: песок, глина, илистые вещества. В отличие отколлоидных частиц, их можно отфильтровать с помощью бумажного фильтра.
1.4. Живые организмы
В природной воде живет множество микро- имакроорганизмов: вирусы, бактерии, водоросли, планктон и др. Именно ониопределяют эпидемическую безопасность (или опасность) воды.
К сожалению, чаще всего воду берут из открытыхводоемов или поверхностных вод, которые грязнее, чем подземные. Важнейшиефакторы при выборе места очистки воды — это качество исходной воды и, конечно,экономические возможности.
В Украине, как впрочем и во всем мире, из всехтребований к качеству воды на первом месте стоит эпидемическая безопасность.Специалисты считают, что ради этого можно даже дополнительно загрязнять водухимическими веществами. Органолептические характеристики официально напоследнем месте, но, тем не менее, большинство стадий водоочистки направленыкак раз на улучшение ее вида, вкуса и запаха, ведь именно по. ним человек судито качестве воды, которую пьет. Хотя нужно помнить, что даже прозрачная вода безпосторонних привкусов и запахов может содержать диоксины, тяжелые металлы иароматические углеводы.
В целом, почти половина населения Украиныпользовалась и пользуется питьевой водой, не соответствующейсанитарно-гигиеническим требованиям.
2. Очистка воды
Основные стадии очистки воды — это осветление иобесцвечивание, а потом обеззараживание. На первых двух стадиях из воды убираютвзвешенные и коллоидные частицы. Но если от первых легко избавиться, отстояв иотфильтровав воду, то коллоидные частицы всячески сопротивляются укрупнению,после которого их было бы легко осадить. Известно довольно много способовразрушения устойчивых коллоидных растворов: перемешивание и нагревание,ультрафиолетовое облучение, ионизирующее облучение, ультразвук, воздействие начастицы электрическим и магнитным полем. Однако на практике заряд частицснимают с помощью электролитов (их называют коагулянтами).
Очистку воды электролитами начали применять в Европев XIX веке, хотя считается, что этотметод был известен еще древним римлянам, грекам и египтянам. К очистке воды спомощью внесения в нее химических веществ (электролитов) в начале относились сподозрением. Барон Дельвиг, автор первого в России руководства по устройствуводопроводов и заведующий московским водопроводом, писал: «Нельзя не осуждатьвсякого очищения, которое вводит в химический состав воды новое вещество,прежде в ней не содержавшееся».
Самыми подходящими электролитами оказались солимноговалентных металлов (соли алюминия, аммиачные и алюмокалиевые квасцы,алюминат натрия) и соли железа (хлорид железа, сульфат железа). Чаще всегоиспользуют сульфат алюминия. Когда его добавляют в природную воду, он реагируетс солями кальция и магния и превращается в гидроокись;
Образующийся Al(OH)3существует в виде микропленок с двойным электрическим слоем, которые могут бытькак положительно, так и отрицательно заряжены. Их заряд зависит от кислотностисреды. В кислой среде Al(OH)3заряжен положительно, а потому присоединяет к себе коллоидные частицы спротивоположным зарядом, после чего образующиеся массивные комплексы легкоосаждаются. Вода при этом обесцвечивается, так как именно окрашенные гуминовыечастицы заряжены отрицательно.
Очистку природной воды с помощью электролитовприменяют очень широко, и неудивительно, что этот процесс все времясовершенствуется. В частности, используется электрокоагуляция, когда воду очищаютв электролизере, где анод — алюминий или железо, а катод — любойэлектропроводящий материал. При подаче алюминия происходит химическая коррозияалюминия и его растворение, в результате чего опять же образуется гидроокисьалюминия;
Этот метод имеет то преимущество, что при нем в водуне попадают дополнительно ионы или Сl,и воду удается избавить не только от коллоидных частиц, но и от растворенныхгазов, фенолов и радиоактивных соединений.
Конечно, у электролитного очищения воды есть своинедостатки: неполнота очистки и даже ухудшение качества воды по некоторымпараметрам. Кроме того, образуется много осадка, который надо как-тоиспользовать. В принципе, из него можно делать строительные материалы или сноваизвлекать 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: добавитьокислители (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 обеззараживающегодействия хлора. Считают, что он проникает через оболочку клетки микроорганизмаи взаимодействует с ферментами. Это нарушает обмен веществ и микроб погибает.Обычно для обеззараживания поверхностных источников применяют 2—3 мг хлора на 1л воды, процесс длится от 30 минут до 2 часов.
Хлор действительно эффективен и экономичен, но неидеален. Он уничтожает бактерии, но не справляется с вирусами и одноклеточнымимикроорганизмами. Кроме этого, хлор реагирует с органическими соединениями,которые могут быть в воде, причем получаются очень ядовитые продукты. Инаконец, есть предположения, что из 100 случаев заболевания раком от 25 до 30связано 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 вышеконцентрация озона, рН среды, температура и чем меньше в воде органических примесей,тем эффективнее озон обеззараживает воду. Его рекомендуемая концентрация 0,75—3мг/л, время реакции 5 минут. Озон уничтожает болезнетворные микроорганизмы в15—20 раз быстрее, а их споры — в 300—600 раз быстрее, чем хлор. Кроме того,озон не только обеззараживает, но и обесцвечивает воду, поскольку окисляетмногие органические загрязнения. Только не пытайтесь очистить воду озоном дома!Помните, что токсичен не только сам озон, но и продукты окисления иморганических соединений. После окисления озоном из органических соединенийполучаются спирты, карбонильные соединения, карбоновые кислоты и другиевещества, которые часто более ядовиты, чем исходные загрязнители. Поэтому послеобработки озоном воду обязательно фильтруют.
Заключение
Что же мы имеем на данный момент? Наиболеераспространенные схемы водоочистки (в том числе в нашей стране) уже необеспечивают необходимое количество питьевой воды. Всемирная организацияздравоохранения рекомендует охранять источники водоснабжения от загрязнений,так как это избавит нас от необходимости сложной очистки воды. Однако вближайшем будущем природные воды едва ли станут настолько чистыми, что из нихудастся получить питьевую воду высокого качества традиционными методами.Поэтому надо совершенствовать старые и вводить новые методы очистки иобеззараживания воды. А также пить минеральную воду или пользоваться бытовымифильтрами.
Список литературы
1. АлексинскийВ.Н. Занимательные опыты по химии: Пособие для учителей.– М.: Просвещение, 1980.
2. АхметовН.С. Неорганическая химия.- М., 1992г.
3. ГлинкаН.А. Общая химия.- Л. 1989г.
4. Глобальнаясеть «Интернет». 5.
5. Детскаяэнциклопедия. Техника и производство.– М., 1972г
6. КриуманВ.А. Книга для чтения по неорганической химии.
7. Ч.1.Пособие для учащихся – М.: Просвещение, 1983г.
8. ЛивчакИ. Ф., Воронов Ю.В.,«Охрана окружающей среды».
9. ПанинаЕ.Ф., “Состав, свойства и методы очистки сточных вод предприятий горнойпромышленности”, 1990г.
10. ПрокофьевМ.А. Энциклопедический словарь юного химика. – М., 1982г.
10.Сергеев Е.М., Кофф Г.Л. «Рациональное использование и охрана окружающей средыгородов».
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».