Вода, ее роль в природе, виды воды, источники загрязнения.
Вода – это неорганическое соединение, образованное двумя химическими элементами (двумя атомами водорода и одним атомом кислорода). В чистом виде вода не имеет запаха и цвета, а также явно выраженного вкуса. В обычном состоянии, вода представлена в виде жидкости.
Роль воды в природе и жизни организмов
Основные показатели качества воды
Состояния воды – жидкое, твердое, газообразное
Запасы пресной и соленой воды в мире
Источники водоснабжения поверхностные и подземные
Выбора источника водоснабжения
Источники и виды загрязнения природных вод
Сточные воды промышленных предприятий
Роль воды в природе и жизни организмов:
Вода оказывает непосредственное влияние на формирование погоды и климата, активно участвует в биохимических реакциях живых организмов. Например, в организме животных доля воды составляет порядка 60-75 %, у новорожденных – 70-80 %, а у эмбрионов – до 87-97 %. Таким образом, вода играет одну из главных ролей в процессе поддержания жизни на Земле.
Особенностью воды является пребывание в неустойчивом (метастабильном) состоянии при определенных условиях (данное состояние получило название – переохлажденная жидкость, пересыщенный пар, перегретая жидкость).
Вода является природным растворителем, как органических соединений, так и неорганических веществ. В естественном состоянии в воде содержатся соли разных веществ и соединений, растворены газы.
Виды воды:
По содержанию катионов кальция и магния различают: мягкую и жесткую воду.
По изотопам молекулы: обычную воду (легкую), дейтериевую воду (тяжелую), тритиевую воду (сверхтяжелую).
По содержанию соли: пресную и морскую воду.
Существуют такие понятия воды как:
– сточные воды;
– поверхностные воды;
– ливневые воды;
– дождевая вода;
– питьевая вода;
– минеральная вода;
– солоноватая вода;
– стерильная вода (для медицинских инъекций);
– аномальная или модифицированная вода, обладающая уникальными свойствами для научных опытов.
Основные показатели качества воды:
К основным показателям качества воды относят: физические, химические, биологические и бактериологические индикаторы.
Физические индикаторы качества отождествляются с запахом, вкусом, цветом, наличием взвесей.
При оценивании запаха используют 5-бальную шкалу, при этом выясняется, насколько преобладает один из представленных признаков: болотный, гнилостный, ароматический, землистый, рыбный. Посредством встряхивания лабораторной колбы с содержимым оценивают интенсивность запаха данного образца. Проверка запаха воды актуальна в разных ситуациях, например, при оценке очищенной воды. Наличие запаха у очищенной воды свидетельствует о низком качестве очистки, либо неполном удалении специальных реагентов (хлора).
Проверка цветности воды в количественном отношении осуществляется методом колориметрии, посредством сравнения взятой пробы со шкалой эталонов.
Качественное сравнение проб осуществляется с дистиллированной водой на белом фоне при естественном освещении. При обнаружении окраски воды указывают идентифицированный цвет (бурый, светло-желтый). Если сравниваемые образцы идентичны, то в заключении указывается, что исследуемый образец бесцветен.
Прозрачность воды свидетельствует о степени загрязнения исследуемой пробы во взвешенном и коллоидном (максимально раздробленном) состоянии.
Мутность воды свидетельствует о наличие в исследуемой пробе достаточного количества органических/неорганических примесей. Взвеси отделяются посредством фильтрования, после чего оценивается их преобладание в исследуемой пробе. Мутность воды определяется гравиметрическим методом.
По наличию сухого остатка делается вывод о наличие нелетучих веществ, находящихся в сточных водах. Исследование проводится в рамках использования гравиметрического метода. Метод позволяет точно определить количество органических веществ, находящихся во взвешенном состоянии во взятой пробе.
Химические индикаторы качества воды позволяют выявить щелочность, кислотность, жесткость, электропроводность, наличие органических веществ и растворенного кислорода.
Щелочность воды определяется наличием щелочных солей и свободных щелочей. Контроль щелочной среды сточных вод важен не только на входе в очистные сооружения, но и на выходе. Только при условии нейтральности среды (рН ~ 6,5 – 8,5) гарантируется естественная жизнедеятельность микроорганизмов, обеспечивающих биохимическую очистку сточных вод.
Кислотность воды – важнейший индикатор, актуальный при сбросе в водоем кислотных вод. Перед сбросом в водоем кислотных сточных вод, следует нейтрализовать кислотность. Уровень кислотности определяется наличием в воде кислых солей и свободной угольной кислоты. Индикатором кислотности воды является вещество фенолфталеин.
Содержание азота в воде проверяется на предмет выявления аммонийного азота (NH+4), нитратов (NO–3) и азота нитритов (NO–2).
Окисляемость воды обусловлена химической реакцией окисления некоторых быстрореагирующих неорганических веществ (Fe2+, сероводорода, сульфитов, нитритов) и органических соединений. В конечном итоге, окисляемость свидетельствует о том, какое количество кислорода было использовано при окислении органических веществ, содержащихся в 1 литре воды.
Химическая потребность в кислороде (сокращенно ХПК) позволяет сделать вывод о том, сколько в воде содержится органических веществ, которые предрасположены к окислению агрессивными окислителями.
Биохимическая потребность в кислороде (сокращенно БПК) – позволяет оценить степень загрязнения сточных вод аэробными микроорганизмами, бурно реагирующими на кислородную среду. Показатель БПК определяется с помощью йодометрического метода.
Общая жесткость воды формируется двумя показателями: карбонатной и некарбонатной жесткостью. Карбонатная жесткость показывает уровень содержания в воде гидрокарбонатов магния и калия. Некарбонатная жесткость демонстрирует наличие в воде сульфатов магния и калия, а также хлоридов. Суммарное сочетание данных показателей выражает единый индикатор общей жесткости.
Биологические индикаторы качества демонстрируют наличие в воде гидрофлоры и гидробионатов. Гидрофлора определяется микрофитами и макрофитами. К микрофитам относятся водоросли, а макрофиты ассоциируются с высшей водной растительностью. При отмирании макрофитов в воде повышается уровень органических веществ. Ценность микрофитов состоит в том, что простейшие водоросли поглощают растворенный в воде углекислый газ, выделяя при этом кислород.
К гидробионитам относится три вида живой среды: планктон, пребывающий в толще воды; обитатели придонной толщи воды (bentos); живность, населяющая поверхностный слой воды (neisia).
Бактериологические индикаторы качества характеризуют безвредность (нейтральность) водной среды относительно находящихся здесь болезнетворных микроорганизмов и особенно кишечной палочки. Для определения степени зараженности воды болезнетворными микроорганизмами (кишечной палочкой) используется величина КОЛИ индекса. Для определения показателя на пробу берется 1 литр воды.
Состояния воды – жидкое, твердое, газообразное:
Вода, кроме жидкого состояния может находиться и в других агрегатных состояниях. В твердом состоянии вода представлена в виде льда, инея и снежных крупинок. В газообразном состоянии – в виде пара.
При обычном атмосферном давлении вода превращается в водяной пар при 100°С, и трансформируется в лед при 0°С. При росте давления, температура кипения водной среды возрастает и наоборот, при падении давления, температура кипения падает.
Вода может одновременно пребывать в разных совмещенных состояниях, например: морская вода и айсберг, реки и ледники на земной поверхности, водяной пар и облака.
Запасы пресной и соленой воды в мире:
Вода занимает 71% поверхности планеты, находясь в океанах, морях, реках, озерах и ледниках. В составе земной мантии в 10-12 раз больше воды, чем в водах мирового океана. Большую часть занимает соленая вода, которая непригодна для питья и возделывания культур в сельском хозяйстве. На долю пресной воды приходится малая часть: в ледниках содержится 1,81%, в подземных водах – 0,63%, в реках и озерах – 0,009%.
Средняя плотность воды:
Считается, что средняя плотность воды приравнивается к 1000 кг/метр кубический, что соответствует 1000 г/литр. Если быть более точным, то плотность воды является максимальной и приравнивается к величине 999,972 кг/метр кубический при температуре от 3,8 до 4,2°С. К примеру, при температуре 25°С плотность воды составляет 997 кг/ метр кубический.
К существенному изменению плотности воды приводит смена агрегатного состояния. Плотность льда варьируется в пределах 916-920 кг/метр кубический, а плотность водяного пара составляет всего лишь сотые доли килограмма на кубометр.
Граница раздела между жидкостью и водяным паром исчезает при критической температуре, составляющей 374,12° С.
Источники водоснабжения поверхностные и подземные:
Наземные источники представлены реками, естественными водоемами и искусственными водохранилищами.
Подземные водные источники представлены: хранилищами воды артезианского напорного типа и межпластовым водным ресурсом безнапорного типа.
Атмосферные воды содержат не только разные примеси и растворенные газы, но и существенно загрязнены. Для атмосферных осадков характерно такое явление, как кислотные дожди. Атмосферные воды однозначно подлежат обеззараживанию и очистке.
Открытые источники воды небезопасны в использовании, поскольку могут содержать токсичные вещества, накопленные в результате притока сточных вод. В открытых водоемах может «цвести» вода, а содержание органики зашкаливать. Открытые источники характеризуются пониженной прозрачностью, высокой минерализацией. Чтобы воду из таких источников можно было использовать для питья, требуется провести ее очистку и обеззараживание.
Подземные запасы воды группируются на почвенные воды, грунтовые воды, межпластовые подземные хранилища воды (напорные и безнапорные).
Наиболее безопасной по составу является вода из артезианских источников, которую можно употреблять без предварительной обработки. Вода, полученная из артезианской скважины, не имеет запаха, прозрачна, бесцветна. В ней отсутствуют микроорганизмы и органические вещества. Особенностью воды из артезианского источника является повышенный уровень минерализации.
Без обработки и обеззараживания можно также пить воду, полученную из подземного водоносного слоя не напорного типа. Такой водный ресурс находится на достаточной глубине между двумя водоупорными пластами. Просачивание в межпластовые хранилища воды поверхностных вод и атмосферной влаги исключено.
Для обеспечения населения чистой водой практикуется использование двух систем водоснабжения: централизованной системы и децентрализованной (местной) системы.
Центральная система водоснабжения имеется в любом городе. В состав системы входит центральный водопровод со всеми элементами и сеть трубных коммуникаций, предназначенная для доставки воды потребителю.
Центральный водопровод включает в себя: водозабор, насосную станцию, очистные сооружения, резервуары для чистой воды, напорную башню. Очищенная и обеззараженная вода по сети труб под давлением подается до каждого потребителя (домохозяйства).
Местное водоснабжение устраивается в местах, где количество жителей незначительно. Вода берется, как правило, из подземного источника с помощью насосов.
При выборе источника воды для водоснабжения приоритет дается межпластовым водоносным слоям артезианского типа. Вода из такого источника отвечает необходимым санитарным нормам и полностью пригодна к употреблению.
Выбора источника водоснабжения:
Выбор источника водоснабжения опирается на санитарно-гигиенические нормы и экологические стандарты. Потребитель должен получать качественный продукт, который не нанесет вред его здоровью. Поэтому при выборе оптимального источника водоснабжения, решение принимается в пользу межпластовых водоносных слоев с высокими санитарно-гигиеническими показателями. Если артезианских пластов в наличии нет, то выбор делается в пользу межпластовых безнапорных слоев. На третьем месте по надежности выступают грунтовые воды первого водоносного горизонта. При невозможности получить доступ к подземным водоносным межпластовым и грунтовым слоям выбор делается в пользу открытых водоемов, однако в этом случае придется продумать систему очистки и обеззараживания воды.
Источники и виды загрязнения природных вод:
Источниками загрязнения природных вод на сегодняшний день выступают: химические, биологические и физические источники.
К химическим источникам загрязнения относят производственные процессы, транспорт и сельскохозяйственное производство.
К биологическим источникам загрязнения относят вирусы, бактерии, дрожжевые грибы и болезнетворные микроорганизмы.
К физическим источникам загрязнения относят сброс тепла в водоемы, радиоактивное заражение и др.
Конкретными загрязнителями выступают следующие вещества:
– смолы, жиры, фенол, сульфаты (продукты деревообработки);
– производные нефтепереработки;
– продукты химической отрасли;
– минеральные вещества, как продукты горной добычи и угольной промышленности;
– органические красители и вещества.
Сточные воды промышленных предприятий:
По своему составу, сточные воды, выводимые с промышленных предприятий, классифицируются, как бытовые, производственные и атмосферные.
Бытовые производственные сточные воды – продукт душевых и туалетов производственно-административных зданий.
Производственные воды – водный ресурс, используемый для обеспечения технологических процессов на предприятии.
Атмосферные воды – следствие дождевых осадков, а также выпавшего, а затем растаявшего снега.
Производственные сточные воды делятся на две подгруппы – загрязненные и условно чистые воды.
Загрязнение производственных вод проявляется в увеличении солей тяжелых металлов, появлении радиоактивных элементов, болезнетворных микроорганизмов, уменьшении кислорода.
Загрязненные воды на предприятии делятся на три подгруппы:
– воды, насыщенные минеральными примесями (отрасли металлургии, машиностроения, угледобычи);
– воды, насыщенные органикой (предприятия пищевой отрасли, молокоперерабатывающие заводы, бумажно-целлюлозные комбинаты, предприятия по переработке рыбы и морепродуктов);
– воды, насыщенные неорганическими примесями (нефтеперерабатывающие предприятия, комбинаты легкой и текстильной промышленности).
Области применения воды:
Вода может быть применена в таких и подобных областях как:
– возделывание сельскохозяйственных культур, что особенно актуально для засушливых районов;
– в качестве растворителя органических и неорганических веществ;
– как эффективный теплоноситель для обогрева жилищ и функционирования контуров атомных станций;
– как замедлитель нейтронов при проведении ядерной реакции на атомных электростанциях;
– при гидроабразивной резке горных пород, разных материалов и металлов;
– при тушении пожаров;
– для удовлетворения потребности живого организма в воде.
Примечание: © Фото //www.pexels.com, //pixabay.com