Материал для учащихся Аннотация

Материал для учащихся
8-9 класса по теме «Вода в природе. Способы очистки воды»
Аннотация
В предлагаемом дополнительном материале рассмотрены основные источники
загрязнения, способы очистки и методы определения качества воды.
Вода из природных поверхностных источников все меньше пригодна для
непосредственного использования: будь то производственные цели, сельское хозяйство
или потребности человека в питьевой воде. Причины - многолетний сброс неочищенных и
недоочищенных стоков промышленных и сельскохозяйственных предприятий, смывы с
полей, радиоактивные загрязнения, недостаток систем канализации, тепловые загрязнения
и т. д. На качестве природных источников воды отражается и состояние атмосферы, так
как водоемы пополняются за счет осадков, к сожалению, несущих значительное число
нежелательных растворенных элементов. Основными загрязняющими веществами
поверхностных источников являются нефтепродукты, фенолы, легкоокисляемые
органические вещества, соединения меди и цинка, аммонийный и нитратный азот.
Некоторые опасные вещества, например, такие как соли тяжелых металлов, таятся в
донных отложениях в стоячих или со слабым течением водоемах и представляют немалую
угрозу, особенно в случае сильного падения уровня воды.
Органические материалы поступают из бытовых, сельскохозяйственных или
промышленных стоков. Их разложение происходит под действием микроорганизмов и
сопровождается потреблением растворенного в воде кислорода. Если кислорода в воде
достаточно и количество отходов невелико, то аэробные бактерии довольно быстро
превращают их в сравнительно безвредные остатки. В противном случае деятельность
аэробных бактерий подавляется, содержание кислорода резко падает, развиваются
процессы гниения. Болезнетворные микроорганизмы и вирусы содержатся в плохо
обработанных или совсем не обработанных канализационных стоках населенных пунктов
и животноводческих ферм. Попадая в питьевую воду, патогенные микробы и вирусы
вызывают различные эпидемии, такие, как вспышки сальмонеллёза, гастроэнтерита,
гепатита и др. В развитых странах в настоящее время распространение эпидемий через
общественное водоснабжение происходит редко. Могут быть заражены пищевые
продукты, например овощи, выращиваемые на полях, которые удобряются шламами
после очистки - 5 бытовых сточных вод (от нем. Schlamme - буквально грязь). Водные
беспозвоночные, например устрицы или другие моллюски, из зараженных водоемов
служили часто причиной вспышек брюшного тифа. Питательные элементы, главным
образом соединения азота и фосфора, поступают в водоемы с бытовыми и
сельскохозяйственными сточными водами. Увеличение содержания нитритов и нитратов в
поверхностных и подземных водах ведет к загрязнению питьевой воды и к развитию
некоторых заболеваний.
Увеличение донных осадков относится к одному из гидрологических последствий
урбанизации. Их количество в реках и водоемах постоянно возрастает из-за эрозии почв в
результате неправильного ведения сельского хозяйства, уничтожения лесов. Это явление
приводит к нарушению экологического равновесия в водных системах, пагубно действует
на донные организмы.
Источником теплового загрязнения служат подогретые сбросные воды
теплоэлектростанций и промышленности. Повышение температуры природных вод
изменяет естественные условия для водных организмов, снижает количество
растворенного кислорода, изменяет скорость обмена веществ.
Реки мира ежегодно выносят в морские и океанические воды более 1,8 млн. т
нефтепродуктов. Все компоненты нефти токсичны для морских организмов. При
нефтяном загрязнении изменяется соотношение видов и уменьшается их разнообразие.
Так, обильно развиваются микроорганизмы, питающиеся нефтяными углеводородами, а
биомасса этих микроорганизмов ядовита для многих морских обитателей. Доказано, что
очень опасно длительное хроническое воздействие даже небольших концентраций нефти.
При этом постепенно падает первичная биологическая продуктивность моря. У нефти есть
еще одно неприятное побочное свойство. Ее углеводороды способны растворять в себе
ряд других загрязняющих веществ, таких, как пестициды, тяжелые металлы, которые
вместе с нефтью концентрируются в приповерхностном слое и еще более отравляют его.
Ароматическая фракция нефти содержит вещества мутагенной и канцерогенной природы,
например бензопирен. Сейчас получены многочисленные доказательства наличия
мутагенных эффектов загрязненной морской среды. Бензопирен активно циркулирует по
морским пищевым цепочкам и попадает в пищу людей.
Хлорированные углеводороды, широко применяемые в качестве средств борьбы с
вредителями сельского и лесного хозяйства, с переносчиками инфекционных болезней,
уже многие десятилетия вместе со стоком рек и через атмосферу поступают в Мировой
океан. Они легко растворимы в жирах и поэтому накапливаются в органах рыб,
млекопитающих, морских птиц.
Вместе с речным стоком в океан поступают и тяжелые металлы, многие из которых
обладают токсичными свойствами. Так, например, до 30% всей ртути и 50% свинца,
поступающих в океан ежегодно, переносится через атмосферу. По своему токсичному
действию в морской среде особую опасность представляет ртуть. Под влиянием
микробиологических процессов токсичная неорганическая ртуть превращается в гораздо
более токсичные органические формы ртути. Накопленные благодаря биоаккумуляции в
рыбе или в моллюсках органические соединения ртути представляют прямую угрозу
жизни и здоровью людей. Вспомним хотя бы печально известную болезнь "минамато",
получившую название от японского залива, где так резко проявилось отравление местных
жителей ртутью. Она унесла немало жизней и подорвала здоровье многим людям,
употреблявшим в пищу морские продукты из этого залива, на дне которого накопилось
немало ртути от отходов близлежащего комбината.
Методы очистки сточных вод.
Очистка сточных вод производится механическими, биологическими и
химическими методами. При механической очистке удаляют загрязнения, находящиеся
в ней в нерастворенном состоянии. Содержащиеся в сточной жидкости отбросы (бумаги,
тряпки, кости, очистки от овощей, различные производственные отходы) предварительно
задерживаются решетками. Загрязнения минерального происхождения (песок, шлак и др.)
осаждаются в сооружениях, называемых песколовками.
Осадок из отстойников с преобладающим содержанием веществ органического
происхождения подвергается сбраживанию (разложению) в специальных сооружениях,
называемых метантенками. Механический метод позволяет выделить из сточной
жидкости 60 – 80% нерастворенных загрязнений.
При биологической очистке удаляют из сточной жидкости наиболее мелкие
взвешенные вещества, оставшиеся после механической очистки. В результате аэробных
биохимических процессов, протекающих при биологических методах очистки,
органическая часть указанных веществ минерализуется. В итоге полной биологической
очистки получается раствор, содержащий растворенный кислород и нитраты.
Биологическую очистку ведут либо в условиях, близких к естественным, либо в
искусственно созданных. В первом случае естественная биологическая очистка сточной
жидкости происходит на полях орошения, полях фильтрации и в биологических прудах.
Во втором случае искусственная биологическая очистка производится на таких
сооружениях, как биологические фильтры и аэротенки. В процессе биологической
очистки, так же как и механической, получаются большие количества осадка (ила),
который направляется в метантенк для сбраживания.
При химическом методе очистки в сточные воды вводят реагент, способствующий
коагуляции и увеличивающий процент задержания нерастворенных веществ. Химические
методы очистки заключаются в выделении загрязнений путем химических реакций между
загрязнениями сточных вод и реагентами. К таким реакциям относятся: реакции
окисления и восстановления, в результате которых происходит перевод загрязнений в
новые соединения, обладающие способностью выпадать в осадок, выделяться в виде
газов. Наиболее часто применяют нейтрализацию, иногда в сочетании с коагуляцией.
Процесс коагулирования состоит в добавлении к сточной жидкости реагента,
способствующего быстрому выделению из нее мелких взвешенных веществ, которые при
простом отстаивании не осаждаются. Реагент (коагулянт) обычно добавляют в сточную
жидкость до ее направления в отстойники. В качестве коагулянта применяют
полиакриламид, железный купорос FeSO4, сернокислый глинозем Al2(SO4)3.
Нейтрализация сточной жидкости происходит при ее химическом
взаимодействии с веществами, при дающими воде нейтральную реакцию.
Производственные сточные жидкости от шахт, химических, машиностроительных,
металлургических, нефтеобрабатывающих и других заводов содержат повышенное
количество кислот или щелочей. Если нейтрализацию жидкостей производят путем
фильтрации, то в качестве фильтрующего материала применяют известняк, мрамор и
доломит.
Обеззараживание. После очистки сточной жидкости тем или иным способом содержание
бактерий в ней резко уменьшается. Однако число бактерий, остающихся в сточной
жидкости, прошедшей механическую и даже эффективную биологическую очистку,
может достигать нескольких миллионов в 1 см³. Полностью уничтожить болезнетворные
бактерии в сточной жидкости можно лишь путем обеззараживания ее. С этой целью
обычно производят хлорирование сточной жидкости. Хлорирование сточной жидкости
производится в специальных контактных резервуарах, устраиваемых по типу
горизонтальных или вертикальных отстойников. В тех случаях, когда очищенная вода
проходит по трубам, каналам или лоткам от станции очистки до водоема в течение 30
мин, контактных резервуаров можно не устраивать.
(материал взят с сайта - http://www.gicpv.ru/index20-2.htm)
Питьевая вода должна отвечать определённым установленным стандартам и ГОСТАм.
Существует несколько стандартов на питьевую воду:
 Российский стандарт, определяемый соответствующими нормами и ГОСТами;
 Стандарт ВОЗ (Всемирной организации здравоохранения);
 Стандарт США и стандарта стран Европейского союза (ЕС).
Качество питьевой воды на территории Российской Федерации определяется нормами
санитарно-эпидемиологических правил и нормативами, утвержденными главным
государственным санитарным врачом Российской Федерации. Главным Российским
ГОСТом на питьевую воду является введенные в действие в 2002 г. Санитарные правила и
нормы (СанПиН).
В соответствии с действующими стандартами и нормами под термином питьевая
вода высокого качества подразумевается:
 вода с соответствующими органолептическими показателями — прозрачная, без
запаха и с приятным вкусом;
 вода с рН = 7—7,5 и жесткостью не выше 7 ммоль/л;
 вода, в которой суммарное количество полезных минералов не более 1 г/л;
 вода, в которой вредные химические примеси либо составляют десятые-сотые доли
их ПДК, либо вообще отсутствуют (то есть их концентрации настолько малы, что
лежат за гранью возможностей современных аналитических методов);
 вода, в которой практически нет болезнетворных бактерий и вирусов.
Примерный норматив на воду показан в таблице 1:
Таблица 1. Примерный норматив воды
№ Показатель
Значение
1 Мутность
до 1,5 мг/л.
2 Цветность
до 20 град.
3
4
5
6
7
8
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
24
26
27
28
29
30
31
32
33
Запахи и привкусы при 20 °С.
Хлориды
Сульфаты
Гидрокарбонаты
Водородный показатель
Общая жесткость
Фтор
*При концентрации 2-8 мг/л возможно заболевание флюрозом.
При концентрации 1,4-1,6 мг/л развивается кариес зубов.
Железо
*Избыток железа придает воде красно-коричневую окраску,
ухудшает ее вкус, вызывает развитие железобактерий,
отложение осадка в трубопроводах и их засорение. Избыток
железа увеличивает риск инфарктов, длительное употребление
вызывает заболевание печени.
Кальций
Магний
Натрий
Калий
Марганец
Бериллий
Молибден
*При содержании свыше 0,25 мг/л вызывает подагру.
Мышьяк
Свинец
Селен
Стронций
*При концентрации свыше 7 мг/л вызывает заболевание костей.
Радий
Медь
*При превышении вызывает заболевание печени, гепатит и
анемию.
Алюминий
Цинк
*При превышении угнетает окислительные процессы в
организме, вызывает анемию.
Гексаметафосфат
Триполифосфат
Полиакриламид
Нитриты
Нитраты
*При превышении в организме человека синтезируется
нитрозамины, способствующие образованию злокачественных
опухолей, перерастающих в рак
Общее количество бактерий в 1 мл до 100.
Коли-индекс
отсутствуют
70-100 мг/л.
до 5-30 мг/л.
140-300 мг/л.
6,5-8,5
1,5-2,5 мг-экв/л.
0,7-1,5 мг/л.
до 0,3 мг/л.
10-20 мг/л
2-10 мг/л
70-100 мг/л
1-10 мг/л
до 0,1 мг/л.
до 0,0002 мг/л.
до 0,05 мг/л.
до 0,05 мг/л.
до 0,1 мг/л.
до 0,001 мг/л.
до 2 мг/л.
1,2·10(-10) Ки/л.
до 1 мг/л.
до 0,5 мг/л.
до 5 мг/л.
до 3,5 мг/л.
до 3,5 мг/л.
до 2 мг/л.
до 3,3 мг/л.
до 45 мг/л.
до 3.
Коли-титр
Цисты патогенных кишечных простейших
Сумма галогенсодержащих соединений
Хлороформ
Четыреххлорный углерод
Нефтепродукты
Летучие фенолы
Кремний
Кадмий
Ртуть
Аммиак
Серовород
*Появление в воде может быть следствием протекания
гнилостных процессов или сброса неочищенных сточных вод.
45
При концентрации 0,5 мг/л появляется неприятный запах,
интенсифицируется процесс коррозии и зарастания
трубопроводов.
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
Менее 300.
отсутствие.
до 0,1 мг/л.
до 0,06 мг/л.
до 0,006 мг/л.
до 0,3 мг/л.
до 0,001 мг/л.
до 5 мг/л.
до 0,001 мг/л.
до 0,0005 мг/л.
до 2 мг/л.
не более 0,003
(Материал с сайта - http://www.o8ode.ru/article/onew/sanitary/What_should_be_water)
Методы определения качества воды:
Цветность — естественное свойство природной воды, обусловленное присутствием
гуминовых веществ и комплексных соединений железа. Цветность воды может
определяться свойствами и структурой дна водоема, характером водной растительности,
прилегающих к водоему почв, наличием в водосборном бассейне болот и торфяников и
др. Цветность воды определяется визуально или фотометрически, сравнивая окраску
пробы с окраской условной 100-градусной шкалы цветности воды, приготавливаемой из
смеси бихромата калия K2Cr2О7 и сульфата кобальта CoS04. Для воды поверхностных
водоемов этот показатель допускается не более 20 градусов по шкале цветности.
Запах
Запах воды обусловлен наличием в ней летучих пахнущих веществ, которые попадают в
воду естественным путем либо со сточными водами. Практически все органические
вещества (в особенности жидкие) имеют запах и передают его воде. Обычно запах
определяют при нормальной (20 °С) и при повышенной (60 °С) температуре воды.
Запах по характеру подразделяют на две группы:1) естественного происхождения (от
живущих и отмерших организмов, от влияния почв, водной растительности и т.п.);
2) искусственного происхождения. Такие запахи обычно значительно изменяются при
обработке воды.
Таблица для определения характера и интенсивности запаха
Интенсивность Характер проявления запаха
Оценка ин-
запаха
Нет
Очень слабая
Запах не ощущается
Запах сразу не ощущается, но обнаруживается при
тщательном исследовании (при нагревании воды)
Запах замечается, если обратить на это внимание
Слабая
Запах легко замечается и вызывает неЗаметная
одобрительный отзыв о воде
Запах обращает на себя внимание и заставляет
Отчетливая
воздержаться от питья
Очень сильная Запах настолько сильный, что делает воду
непригодной к употреблению
Для питьевой воды допускается запах не более 2 баллов.
тенсивности запаха
0
1
2
3
4
5
Мутность
Мутность воды обусловлена содержанием взвешенных в воде мелкодисперсных
нерастворимых примесей различного происхождения.
Характеристики мутности воды:
Мутность не заметна (отсутствует)
Слабо мутная
Мутная
Очень мутная
Водородный показатель (рН)
Водородный показатель (рН) представляет собой отрицательный логарифм концентрации
водородных ионов в растворе: рН= -lgH+.
Для всего живого в воде (за исключением некоторых кислотоустойчивых бактерий)
минимально возможная величина рН=5; дождь, имеющий рН < 5,5, считается кислотным
дождем. В питьевой воде допускается рН 6,0-9,0; в воде водоемов хозяйственно-питьевого
и культурно-бытового водопользования — 6,5—8,5. Величина рН природной воды
определятся, как правило, соотношением концентраций гидрокарбонат-анионов и
свободного СО2. Пониженное значение рН характерно для болотных вод за счет
повышенного содержания гуминовых и других природных кислот. Измерение рН при
контроле качества природной и питьевой воды проводится практически повсеместно.
(Материал взят с сайта - http://teplosten-aqua.ru)