Минобрнауки РФ
Санкт-Петербургский государственный технологический
институт (технический университет)
Кафедра химии и технологии воды
Реферат на тему : Природная пресная вода. Классификация природных вод.
Выполнил студент гр. 228 Проверил зав. каф. ХТМИСТ
________Гаврилов Е.С. Проф._______Самонин В.В.
22.12.12
2012
Оглавление
1. Вода - особая составляющая Земли
2. Вода - особый растворитель
3. Замена природных пресных вод
4. Решение проблемы снижения расхода природной пресной воды
6. Обессоливание воды
5. Вода – основа организма человека
6. Непрерывное познание — залог развития мозга человека
7. Вода с точки зрения химии.
8. Ионный состав природных вод.
9. Загрязнение
10. Классификация природных вод
a. Атмосферные
b. Поверхностные
c. Подземные
11. Какая питьевая вода нужна человеку
12. Заключение
13. Литература
1. Вода - особая составляющая Земли
Вода наиболее распространенное и важное вещество на Земле. Общие запасы воды на планете составляют 133800 кубических километров. Из этого количества 96,5% приходится на долю Мирового океана, 17% - это подземные воды, 1,74% - ледники и постоянные снега. Тем не менее, общие запасы пресной воды составляют всего лишь 2,53% от общих запасов воды.
Пресные водные ресурсы существуют благодаря постоянному кругообороту воды в природе. Водообмен в природе – это процесс выпаривания воды из поверхности океана и суши, переноса водных паров, их конденсация со следующими осадками, перераспределения, всех видов состояния, которое в конечном результате приводит к возвращению воды в океан, на Землю.
Ежегодно из поверхности суши испаряется в среднем 485 мм воды, а из водной поверхности – пласт толщиной около 1250-1400 мм. Часть этой воды возвращается с осадками в океан, а часть переносится ветрами на сушу. Это питает реки, озера, подземные воды, ледники и другие водные ресурсы. На такую “естественную дистилляцию” воды тратится около 20% энергии Солнца, которое доходит к Земле.
Запасы пресной воды на планете ограничены, но они постоянно обновляются. Скорость водообновления определяет доступные человеку ресурсы воды. В патриархальную эпоху на Земле кругооборот воды, который включал сливы, дожди, снегопады, наводнения и прочее, был, несмотря на катаклизмы природы, благотворным для человека. Дожди, талые воды орошали землю, приносили полезные для растений вещества, оживляли саму среду природы.
С развитием цивилизации, когда появились химические удобрения, моющие средства, двигатели внутреннего сгорания, когда деятельность человека стала природопреобразующей, когда человек отделил себя от природы и стал над ней, отходы жизнедеятельности человека начали все загрязнять и в первую очередь водохранилища. В давние времена, когда человек жил в гармонии с природой, любая пресная вода разве что за исключением болотной воды, была питьевой. Существовала морская вода и просто вода, без любых дополнительных определений. Считалось, что вода это минерал, который человек должен употреблять естественным. Сейчас человек говорит об отдельной разновидности воды – питьевую воду. Кроме этого есть воды рек, озер, где можно и нельзя купаться человеку. Есть сточные воды, есть кислотные дожди, есть выбросы у водохранилища отходов предприятий, от которых все живое в воде гибнет. Сегодня кругооборот воды в природе крепко связан с техногенной окружающей средой.
2. Вода - особый растворитель
Молекула воды Н2О имеет пространственную форму тупоугольного треугольника с углом между двумя химическими связями кислород-водород равным около 1040. Электроны водородных атомов оттянуты к кислороду, так, что “водородные углы” треугольника несут излишек положительного заряда, а “кислородный угол”, отрицательного. Вода – это жидкость, молекулы которой образовывают своеобразную кластерную структуру, за счет специфической водородной связи между молекулами воды.
Благодаря особой кластерной структуре, вода имеет высокую теплоемкость, т. е. способна поглощать большое количество тепла, в первую очередь солнечной энергии и оставаться при этом жидкостью. Вода, благодаря своей структуре, есть главным климатообразующим фактором природы.
Благодаря большой диэлектрической постоянной - (для воды - 80, для воздуха - 1) вода универсальный растворитель природы. Это означает, что разноименные электрические заряды притягиваются один к другому в воде в 80 раз слабее, чем в воздухе. Соответственно в 80 раз ослабляются силы межатомного соединения в молекулах и происходит их диссоциация на ионы (катионы, анионы).
Много веществ, таким образом, диссоциируют и растворяются в воде. Это особое свойство воды, которое всюду используется в нашей жизни. Например, сегодня тяжело себе вообразить наш быт, от личной гигиены до бытовой, если бы не было воды. Вода дает возможность человеку забирать у нее отрицательную энергию и восстанавливать ему естественную биоэнергетику.
В силу способности ослаблять межатомные и межмолекулярные свойства веществ вода является большим разрушителем, способным растворить все что угодно: однородные вещества - соль, сахар; разнообразные газы – с большой скоростью; другие - метали, твердые горные породы - более медленно, незаметно для глаза, но необратимо. Это означает, что не может быть идеальной дистиллированной воды, Попав в посуду, вода сразу начинает растворять его стенки, как результат у воды появляются примеси молекул материала сосуда.
И еще одно очень важное свойство воды. При охлаждении и замерзании воды, ее объем увеличивается, а плотность уменьшается - т. е. лед плавает в воде, а не тонет. Если бы лед тонул, то и наши водоемы зимой бы промерзали до дна и стали бы мертвыми для живого. Это и означает, что вода не только жидкость, которая сохраняет жизнь, а и есть ее основной составляющей.
Большинство природных пресных вод имеет малую минерализацию. Чтобы количественно определить отдельные компоненты требуются точные методики. Химики работают в лабораторных условиях, имея, как правило, дело с относительно большими концентрациями веществ. Гидрохимические методики должны быть также и простыми, чтобы была возможность определять химизм воды в экспедиционных условиях.
3. Замена природных пресных вод
Замена природных пресных вод, расходуемых на технологические и энергетические нужды, очищенными сточными водами позволит решить проблему ликвидации дефицита водных ресурсов и предотвратить истощение запаса пресных вод. Одним из наиболее радикальных путей необходимого сокращения потребления свежей воды является создание замкнутых систем промышленного водоснабжения, основанных на многократном использовании для производственных целей сточных вод, очищенных до норм, отвечающих требованиям к качеству технической воды. Несмотря на актуальность проблемы, до настоящего времени ни в отечественной, ни в зарубежной литературе не рассмотрена методика выбора способа очистки сточных вод, не дается обоснования наиболее рациональных технологических схем и не разработаны оптимальные параметры процессов водоподготовки с использованием сточных вод в качестве основных ресурсов промышленного водоснабжения.
В природных пресных водах значение рН обычно слишком велико для сколько-нибудь заметного выделения водорода, поэтому на скорость коррозии в первую очередь влияет скорость движения воды, доставляющей кислород к поверхности металла. При высокой скорости потока к поверхности металла поступает количество кислорода достаточное для частичной пассивации.
Так, большая часть природных пресных вод ( общая минерализация 0, 1 %) отнесена им к гидрокарбонатному классу. К классу хлоридных вод относятся главным образом воды морского происхождения, ряда материковых озер и подземные воды солончаковых районов, пустынь, полупустынь. Сульфатный класс вод представлен также водой озер и рек с повышенной минерализацией, генетически связанной с осадочными морскими породами.
4. Решение проблемы снижения расхода природной пресной воды
Радикальное решение проблемы снижения расхода природной пресной воды и охраны водоемов от загрязнения сточными водами заключается в создании систем замкнутого водооборота на промышленных предприятиях. В СССР разработаны типовые проекты замкнутого оборотного водоснабжения для крупных химических комбинатов практически без стоков и расхода свежей воды. Очистка сточных вод служит промежуточной стадией в циклической схеме водооборота, тогда как в существующих прямых схемах очистке подвергаются сточные воды перед их сбросом в естественные водоемы. Основные решения в вариантах циклической схемы очистки и повторного использования сточных вод заключаются в следующем: 1) во всех системах предусмотрены рециклы сточных вод с наличием локальных очистных установок на определенной ступени рецикла; 2) сброс в общезаводскую канализацию разрешен только для стоков, которые нельзя повторно использовать в данном производстве, но которые можно очистить на общезаводских очистных установках; 3) все сточные воды разделены на самостоятельные потоки: хозяйственно-бытовые, органозагрязненные, сильноминерализованные, слабоминерализованные и ливневые.
Поэтому в перспективе восполнение дефицита природных пресных вод в ряде стран планируется путем строительства крупных опреснительных заводов, способных производить значительные количества воды с последующей переработкой рассола.
Указания настоящего подраздела распространяются на системы оборотного водоснабжения с использованием природных пресных вод поверхностных и подземных источников.
Следует отметить, что в связи с постоянно и повсеместно усиливающимся дефицитом природных пресных вод, громоздкостью и относительной сложностью использования естественного льда эти источники холода распространения и достаточного практического применения не получили.
5. Обессоливание воды
Имеется много способов обессоливания воды, но полученная при этом вода обходится гораздо дороже природной пресной воды.
В связи с тем что влияние солевого фона на коэффициент активности ионов, определяемых в природных пресных водах, элиминируется фоновым электролитом, обеспечивающим постоянный коэффициент активности ( ц 1), присутствие посторонних солей может сказаться на показании электродов лишь в связи с химическим взаимодействием их с галогенидами или с компонентами мембраны электрода. Поэтому макрокомпоненты природных вод ( Na, K Mg ( II), HCO3, SO 4 -, H2SO3, NO3 -) не влияют на показания галогенидных электродов.
Как известно, стадиями, лимитирующими процесс ионного обмена, являются при регенерации внутридиффузионная кинетика, а при сорбции из разбавленных растворов ( природной пресной воды) - внешнедиффузионная кинетика.
В природных пресных водах нужно определять множество органических веществ, включая нефтепродукты и сбросы ряда производств.
В природных пресных водах содержатся растворенные соли кальция и магния, концентрация которых зависит от происхождения и расположения водоема. Вода с высокой концентрацией этих солей называется жесткой, с низкой - мягкой. Мягкая вода обладает большей коррозионной активностью, чем жесткая. Это было обнаружено за много лет до того, как удалось выяснить причину данного явления. Например, оцинкованные баки для горячей воды в Чикаго служили 10 - 20 лет ( в воде оз. Мичиган содержится 34 мг / л Са2, 157 мг / л растворенных веществ), в то время как в Бостоне ( 5 мг / л Са2, 43 мг / л растворенных веществ) такие баки выходили из строя через 1 - 2 года. Эта пленка дополняет обычный коррозионный барьер из Fe ( OH) 2 и затрудняет диффузию растворенного кислорода к катодным участкам. В мягкой воде защитная пленка из СаСО3 не образуется.
6. Вода – основа организма человека
В любом источнике литературы по физиологии живых организмов, человека указывается в процентном соотношении ко всему организму, сколько в каких органах, структурах живого содержится воды.
Основная часть воды внутри организма, связанная вода, сосредоточена внутри клеток (около 70 %), а остальная (30 %) часть воды – это внеклеточная вода. Из этой внеклеточной воды – 7 % составляет кровь и лимфу (фильтрат) крови, а остальная омывает клетки. Это межтканевая или свободная вода организма.
Ряд органов организма человека содержат достаточно много воды в своем составе. Это мозг, половые клетки, кожа, печень и др. Эмбрион человека на 97 % состоит из воды, а у новорожденного ее количество составляет 77 % массы, и с годами количество воды в организме постоянно уменьшается.
Вода человеческого мозга – это особой структуры связанная вода. Если в эту воду поступит малейшее, не свойственное организму человека вещество, наступает ломка, нарушение психического состояния человека. Примером таких веществ являются алкоголь, никотин, наркотики, токсические и прочие вредные вещества, возбуждающие средства, включая допинговые препараты. Организма человека быстро ощущает нарушение водного баланса. Так потеря влаги порядка 6-8 % от веса тела вызывает тяжелые состояния, близкие к обмороку. Если потери воды, становят 10-12 %, может произойти остановка сердца.
При рождении человека, его организм содержит определенное соотношение связанной, внутриклеточной воды к свободной, межклеточной воде. Это соотношение двух вод организма в процессе жизнедеятельности человека должно поддерживаться постоянно. От постоянного поддержания равновесия водного гомеостаза организма зависит здоровье человека и его долголетие. В свою очередь для того, чтобы в организме поддерживалось соотношение между связанной, внутриклеточной водой и внеклеточной, свободной водой, человек должен пить высококачественную питьевую воду, которая по своим структурным и биофизическим характеристикам максимально должна соответствовать свойствам внутриклеточной воды организма. В природе такой питьевой воды сегодня становится все меньше и меньше. Отсюда следует, что для жизни человека необходима не просто питьевая вода чистая, доочищенная или альпийская, нужна питьевая вода, которая имеет определенную структурную упорядоченность и, которая имеет природную биоэнергетику, так называемая «живая вода». Только такая структурированная питьевая вода при ее систематическом употреблении человеком, способна поддерживать постоянство в организме соотношения связанной воды к свободной.
7. Непрерывное познание — залог развития мозга человека
Самый важный орган человека и самый сложный по структуре и функциональной активности — мозг. Судя по последним исследованиям ученых, мозг человека задействован на 2—3%. Человек имеет большой мозг, чтобы развиваться, чтобы задействовать его по максимуму для развития биополевых, духовных своих возможностей, гармонизации своей полевой структуры с космосом. Кому удается расширить процентное использование мозга, достигает невероятных успехов. Это обстоятельство имеет принципиальное значение для развития ноосферы. По данным исследователей, всего лишь 10-процентное использование мозга позволило Эйнштейну сделать столько открытий.
Когда человек рождается, его мозг чист. Чтобы продолжить свое существование, ребенок начинает изучать все вокруг — ползать, трогать, слушать, говорить. В детстве мозг действительно активно используется. Всего за 2—3 года дети, начиная «с нуля», уже ходят, говорят, а некоторые и умножают трехзначные числа. Далее человек попадает под пресс системы воспитания — детский сад, школа, институт, работа. Здесь все уже придумано: изучай предметы — и никаких проблем. Как раз на этом этапе происходит остановка задействования мозга. Он используется лишь для изучения того, что предлагают другие, а не для собственного развития. Так человек перестает мыслить в действительном понимании этого слова.
Многие люди, занимающие напряженным умственным трудом, живут до глубокой старости, сохраняя ум, здоровье и бодрость духа. Причины этого — в высочайшей активности их головного мозга, поскольку от его жизнедеятельности зависит состояние всего организма. У большинства же людей мозговая активность с возрастом падает. Результат этого проявляется как преждевременное старение всего организма, болезни. Некоторые ученые утверждают, что в умственной деятельности человека задействовано лишь 3—4 % мозговых клеток. Российский ученый С.Вербин опровергает такое утверждение. Человек не может думать лишь частью мозга. Он использует все 100% мозговых клеток, иное дело — сколько активных клеток мозга имеется или осталось. По утверждению этого же ученого, если человек не пьет, не курит, не принимает никаких лекарств, то за год у него погибает 1% клеток почек, столько же печени, 1% клеток сетчатки глаз, 1% клеток головного мозга и т.д. Каждый орган теряет по 1% своих клеток. Также ученые установили, что головной мозг здорового человека работает на частоте 300 млн. колебаний в сек. Любое заболевание снижает мозговую деятельность человека в тысячи раз.
Но как остановить старение клеток мозга, остановить снижение умственных способностей организма? Разработано много эффективных методов очищения организма — ежедневных, постоянных, которые поддерживают в определенных пределах нормы функциональную активность клеток организма, в том числе — клеток мозга. При этом важны дыхательные, двигательные методики. Постепенные дегенеративные процессы можно предотвратить путем употребления питьевой воды наивысшего качества, воды, которая по всем биоэнергоинформационным характеристикам соответствует внутриклеточной воде мозга.
Дополнительное преимущество предотвращения заболеваний мозга путем поддержания оптимальной степени его гидратации заключается в том, что вода повышает способность мозга обрабатывать информацию. Мозг исключительно чувствителен к потере воды. Считается, что мозг не способен выдерживать потери даже 1% воды.
Важно помнить, что нервные клетки мозга живут только один раз. Клетки мозга не воспроизводятся, как все остальные клетки организма. Следовательно, обезвоживание (употребление некачественной воды или недостаточное количество ее) воздействует на клетки мозга так сильно, что причиняет ей вред, оставляя неизгладимый след. И все же природа мудрее, чем мы думаем. Для получения всех необходимых веществ, в том числе — воды, мозгу, который составляет приблизительно 2% общего веса тела, выделяется до 20% циркулирующей крови. Кроме того, мозг постоянно омывается жидкостью, отличающейся от крови. Этот специфически и строго определенный по составу жидкий субстрат вырабатывают капилляры мозга, основная часть которых расположена внутри больших полушарий.
Вода — не просто жидкость, а питательная среда для клеток. При обезвоживании организма сначала уменьшается объем клеточной жидкости (66%), затем внеклеточной (26%), а затем уже вода извлекается из кровеносного русла (8%). Это делается для обеспечения водой, в первую очередь, головного мозга.
Роль воды для головного мозга велика даже для ребенка, находящегося в утробе матери. Вероятно, многие и не задумываются, почему ребенок в норме всегда в утробе матери находится вниз головой. Оказывается, в таком положении улучшается кровоснабжение, от кровоснабжения мозга в этот период зависит вся последующая жизнь человека. Именно поэтому при любых нарушениях, связанных с расстройством нервной системы, особенно головных структур, необходимо вспомнить это и чаще делать хотя бы «полуберезку», а затем и «березку», или, иначе, стойку на голове.
Вода еще отвечает за выработку гидроэлектричества, необходимого главным образом для обеспечения функций мозга. Энергия этого вида является «чистой», поскольку почти не оставляет отходов и шлаков. Избыточная вода выводится в форме мочи. Она не застаивается в организме, в отличие от избыточной пищи, которая образует горы жира. Гидроэлектрическая энергия лучше всего отвечает потребностям тонких метаболических процессов в мозге. На мембранах каждой клетки располагается большое количество специфических белков, в структуре которых предусмотрено место для прикрепления определенных минералов, содержащихся в циркулирующей крови и окружающем клетку растворе.
Ожирение, депрессия и рак — три названия, данные медиками для описания процесса устойчивого непреднамеренного обезвоживания. Под понятием «обезвоживания» имеется в виду не только нехватка воды в клетках мозга, но и нехватка сырья, что может довести организм до болезни.
8. Вода с точки зрения химии.
Огромная роль воды в жизни человека и природы послужила причиной того, что она была одним из первых соединений, привлекших внимание учёных. Тем не менее изучение воды ещё далеко не закончено.
Общие свойства воды.
Вода в силу популярности её молекул способствует разложению контактирующих с ней молекул солей на ионы, но сама вода проявляет большую устойчивость и в химически чистой воде содержится очень мало ионов
по H+ и OH-.
Вода - инертный растворитель; химически не изменяется под действием большинства технических соединений, которые она растворяет. Это очень важно для всех живых организмов на нашей планете, поскольку необходимые их тканям питательные вещества поступают в водных растворах в сравнительно мало измененном виде. В природных условиях вода всегда содержит то или иное количество примесей, взаимодействия не только с твердыми и жидкими веществами, но растворяя также и газы.
Даже из свежевыпавшей дождевой воды можно выделить несколько десятков миллиграммов различных растворенных в ней веществ на каждый литр объема. Абсолютно чистую воду никогда и никому ещё не удавалось получить ни в одном из её агрегатных состояний; химически чистую воду, в значительной мере лишенную растворенных веществ, производят путем длительной и кропотливой очистки в лабораториях или на специальных промышленных установках.
В природных условиях вода не может сохранить “химическую чистоту”. постоянно соприкасаясь со всевозможными веществами, она фактически всегда представляет собой раствор различного, зачастую очень сложного свойства. В пресной воде содержание растворенных веществ обычно превышает 1 г./л. От нескольких единиц до десятков граммов на литр колеблются содержание солей в морской воде: например, в Балтийском море их всего 5 г./л., в Чёрном - 18, а в Красном море - даже 41 г./л.
Солевой состав морской воды в основном на 89% слагается из хлоридов (преимущественно хлорида натрия, калия и кальция), 10% приходится на сульфаты (натрия, калия, магния) и 1% - на карбонаты (натрия, кальция) и другие соли. Пресные воды содержат обычно больше всего - до 80% карбонатов (натрия и кальция), около 13% сульфатов (натрия, калия, магния) и 7% хлоридов (натрия и кальция).
Вода хорошо растворяет газы (особенно при низких температурах), главным образом кислород, азот, диоксид углерода, сероводород. Количество кислорода иногда достигает 6 мг./л. В минеральных водах типа нарзан общее содержание газов может составлять до 0,1%. В природной воде присутствуют гумусовые вещества - сложные органические соединения, образующиеся в результате неполного распада остатков растительных и животных тканей, а также соединения типа белков, сахаров, спиртов.
Вода обладает исключительно высокой теплоемкостью. Теплоемкость воды принята за единицу. Теплоемкость песка, например, составляет 0,2, а железа - лишь 0,107 теплоемкости воды. Способность воды накапливать большие запасы тепловой энергии позволяет сглаживать резкие температурные колебания на прибрежных участках Земли в различные времена года и в различную пору суток: вода выступает как бы регулятором температуры на всей нашей планете.
Следует отметить особое свойство воды - её высокое поверхностное натяжение - 72,7 эрг/см2 (при 20о С). В этом отношении из всех видов дидкостей вода уступает только ртути. Подобное свойство воды во многом обусловлено водородными связями между отдельными молекулами H2O. Особенно наглядно проявляется поверхостное натяжение в прилипании воды ко многим поверхностям - смачивании. Установлено, что вещества - глина, песок, стекло, ткани, бумага и многие другие, легко смачиваемые водой, непременно имеют в своем составе атомы кислорода.такой факт оказался ключевым при обьяснении природы смачивания: энергитически не уравновешенные молекулы поверхностного слоя воды получают возможность образовать дополнительные связи с “чужими” атомами кислорода.
Смачивание и поверхностное натяжение лежат в составе явления, названного капилярностью: в узких каналах вода способна подниматься на высоту гораздо большую, чем та, которую “ позволяет” сила тяжести для столбика данного сечения.
В капилярах вода обладает поразительными свойствами. Б.В.Дерягин установил, что в капилярах вода, сконденсировавшаяся из водяного пара, не замерзает при 00 и даже при снижении темрературы на десятки градусов.
Молекулы воды отличаются большой термической устойчивостью, при деструкции по схеме: 2H2O Û 2H2 + O2 + 2 · 245,6 Кдж.
начинается при температуре выше 10000С, и при 20000С составляет лишь 1,8%. При 50000С водяной пар со взрывом нацело разлагается на водород и кислород.
Вода относится к слабым электролитам.
H2O Û H+ + OH-
Kдисс=
= 1,8·10-16
[H+][OH-]
[H2O]
Вода весьма реакционноспособное вещество: может проявлять как окислительнын, так и восстановительные свойства. Так, под действием сильных восстановителей вода проявляет окислительные свойства: на холоде окисляет щелосные и щелочноземельные металлы, а при температуре накаливания - железо, углерод и др.
2Na + 2H2O ® 2NaOH + H2
3Fe + 4H2O ® Fe3O4 + 4H2
Под действием сильных окислителей (фтор, хлор, электрический ток) вода проявляет восстановительные свойства. Так, реакцию взаимодействия со фтором можно представить следующим образом:
2F2+2H2O Û 2H2F2+O2
Cуществует три типа присоединения воды к молекулам других веществ: по ионному, координатному и адсобционному типу.
Присоединение по ионному типу происходит к оксидам щелочных, щелочноземельных и редкоземельных металлов, а также к кислотным оксидам:
CaO + H2O ® Ca (OH)2
P2O5 + 3H2O ® 2H3PO4
Вода, присоединяемая по ионному типу, называется конституционной. Она удаляется при нагревании с большим трудом. Так отщепление от едкого натра начинается при 1388oС :
2NaOH ® Na2O + H2O
К ионам металлов - комплексообразователей присоединение идёт по координатному типу :
CaCl2 + CH2O ® Ca(H2O)6 · Cl2
Полученные соединения называются аквакомплексами , а вода, вошедшая в их состав, - кристаллизационной. Кристаллизационная вода удаляется легче ,чем конституционная, например, при выветривании.
Различные вещества адсорбируют на своей поверхности некоторое количество воды за счет межмолекулярных сил притяжения. Вода, присоединенная по адсорбционному типу, называется гигроскопической; она удаляется легче, чем кристаллизационная.
9. Ионный состав природных вод.
Происходящее в почвах процессы окисления органических веществ вызывают расход кислорода и выделение углекислоты, поэтому в воде при фильтрации её через почву возрастает содержание углекислоты, что приводит к обогащению природных вод карбонатами кальция, магния и железа, с ообразованием растворимых в воде кислых солей типа:
CaCO3 + H2O + CO2 ® Ca(HCO3)2
Бикарбонаты присутствуют почти во всех водах в тех или иных количествах. Большую роль в формировании химического состава воды играют подстилающие почву грунты, с которыми вода вступает в соприкосновение, фильтруясь и растворяя некоторые минералы. Особенно интенсивно обогащают воды осадочные породы,такие, как известняки, доломиты,мергели, гипс, каменная соль и др. В свою очередь почва и породы обладают способностью адсорбировать из природной воды некоторые ионы ( например, Ca2+ , Mg2+ ), замещая их эквивалентным количество других ионов ( Na+ , K+ ).
Подпочвенными водами легче всего расстворяются хлориды и сульфаты натрия и магния, хлорид кальция. Силикатные и алюмосиликатные породы граниты, кварцевые породы и т.д. ) почти нерасстворимы в воде и содержащей углекислоту и органические кислоты.
Наиболее распространенними в природных водах являются следующие ионы : Cl- ,SO4,HCO3 ,CO2 ,Na+ ,Mg2+ ,Ca2+ ,H+.
Ион хлора присутствует почти во всех природных водоемах, причем его содержание меняется в очень широких пределах. Сульфат - ион также распространен повсеместно. Основным источником растворенных в воде сульфатов является гипс. В подземных водах с содержанием сульфат - иона обычно выше, чем в воде рек и озер. Из ионов щелочных металлов в природных водоемах в наибольших количествах находится ион натрия, который является характерным ионом сильноминерализованных вод морей и океанов.
Ионы кальция и магния в маломинерализованных водах занимают первое место. Основным источником ионов кальция является известняки, а магния - доломиты (MgCO3 ,CaCO3). Лучшая расстворимость сульфатов и карбонатов магния позволяет присутствовать ионам магния в природных водах в больших концентрациях, чем ионов кальция.
Ионы водорода в природной воде обусловлены диссоциацией угольной кислоты. Большинство природных вод имеют pH в пределах 6,5 - 8,5. Для поверхностных вод в связи с меньшим содержанием в них углекислоты pH обычно выше, чем для подземных.
Соединения азота в природной воде представлены ионами аммония, нитритными, нитратными ионами за счет разложения органических веществ животного и растительного происхождения. Ионы аммония, кроме того, попадают в водоемы со сточными промышленными водами.
Соединения железа очень часто встречаются в природных водах, причем переход железа в раствор может происходить под действием кислорода или кислот ( угольной, органических(. Так например, при окислении весьма распространенного в породах пирита получается сернокислое железо:
FeS2 + 4O2 ® Fe2+ + 2SO2 а при действии угольной кислоты - карбонат железа:
FeS2 + 2H2CO3 ® Fe2+ + 2HCO3 + H2S + S.
Соединения кремния в природных водах могут быть в виде кремнеивой кислоты. При pH < 8 кремниевая кислота находится практически в недиссоциированном виде; при pH >8 кремниевая кислота присутствует совместно с HSiO2, а при pH >II - только HsiO2. Часть кремния находится в коллоидном состоянии, с частицами состава HSiO2H2O , а также в виде поликремнеивой кислоты: X·SiO2·y·H2O. В природных водах присутствуют также Al3+,Mn2+ и другие катионы.
Помимо веществ ионного тапа природные воды содержат также газы и органические и грубоцисперсные взвеси. Наиболее распространенными в природных водах газами являются кислород и углекислый газ. Источником кислорода является атмосфера, углекислоты - биохимические процессы, происходящие в глубинных слоях земной коры, углекислота из атмосферы.
Из органических веществ, попадающих извне, следует отметить гуминовые вещества, вымываемые водой из гумусовых почв (торфянников, сапропелитов и др.). Большая часть из них находится в коллоидном состоянии. В самих водоемах органические вещества непрерывно поступают в воду в результате отмирания различных водных организмов. При этом часть из них остается взвешенной в воде, а другая опускается на дно, где происходит их распад.
Грубодисперсные примеси, обуславливающие мутность природных вод, представляют собой вещества минерального и органического происхождения, смываемые с верхнего покрова земли дождями или талыми водами во время весенних паводков.
10.Загрязнение.
Под загрязнением водоемов понимается снижение их биосферных
функций и экономического значения в результате поступления в них вредных
веществ.
Одним из видов загрязнения водоемов является тепловое загрязнение.
Электростанции, промышленные предприятия часто сбрасывают подогретую
воду в водоем. Это приводит к повышению в нем температуры воды. С
повышением температуры в водоеме уменьшается количество кислорода,
увеличивается токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое равновесие. В загрязненной воде с повышением температуры начинают бурно размножаться болезнетворные микроорганизмы и вирусы. Попав в питьевую воду, они могут вызвать вспышки различных заболеваний.
В ряде регионов важным источником пресной воды являлись подземные
воды. Раньше они считались наиболее чистыми. Но в настоящее время в
результате хозяйственной деятельности человека многие источники
подземной воды также подвергаются загрязнению. Нередко это загрязнение
настолько велико, что вода из них стала непригодной для питья.
Человечество потребляет на свои нужды огромное количество пресной
воды. Основными ее потребителями являются промышленность и сельское
хозяйство. Наиболее водоемкие отрасли промышленности - горнодобывающая,
сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и
пищевая. На них уходит до 70% всей воды, затрачиваемой в промышленности. Главный же потребитель пресной воды - сельское хозяйство: на его нужды уходит 60-80% всей пресной воды.
В современных условиях сильно увеличиваются потребности человека в
воде на коммунально-бытовые нужды. Объем потребляемой воды для этих
целей зависит от региона и уровня жизни, составлял от 3 до 700 л на
одного человека, В Москве, например, на каждого жителя приходится около
650 л, что является одним из самых высоких показателей в мире.
Из анализа водопользования за 5-6 прошедших десятилетий вытекает,
что ежегодный прирост безвозвратного водопотребления, при котором
использованная вода безвозвратно теряется для природы, составляет 4-5%.
Перспективные расчеты показывают, что при сохранении таких темпов
потребления и с учетом прироста населения и объемов производства к 2100
г. человечество может исчерпать все запасы пресной воды.
Уже в настоящее время недостаток пресной воды испытывают не только
территории, которые природа обделила водными ресурсами, но и многие
регионы, еще недавно считавшиеся благополучными в этом отношении. В
настоящее время потребность в пресной воде не удовлетворяется у 20%
городского и 75% сельского населения планеты.
Вмешательство человека в природные процессы затронуло даже крупные
реки (такие, как Волга, Дон, Днепр), изменив в сторону уменьшения объемы
переносимых водных масс (сток рек). Используемая в сельском хозяйстве
вода по большей части расходуется на испарение и образование
растительной биомассы и, следовательно, не возвращается в реки. Уже
сейчас в наиболее обжитых районах страны сток рек сократился на 8% , а у
таких рек, как Дон, Терек, Урал - на 11-20%. Весьма драматична судьба
Аральского моря, по сути, прекратившего существование из-за чрезмерного
забора вод рек Сырдарьи и Амударьи на орошение.
Ограниченные запасы пресной воды еще больше сокращаются из-за их
загрязнения. Главную опасность представляют сточные воды (промышленные, сельскохозяйственные и бытовые), поскольку значительная часть использованной воды возвращается в водные бассейны в виде сточных вод.
11.Классификация природных вод.
В зависимости от происхождения различают атмосферные, поверхностные и подземные воды, которые принимают участие в общем, круговороте воды.
а) Атмосферные воды выпадают на поверхность Земли в виде дождя, града, снега, росы и тумана. Они отличаются высоким содержанием газов (азота, кислорода и двуокиси углерода). Эти воды из-за содержания в них двуокиси углерода имеют, кислую реакцию, что придает им неприятный вкус. Атмосферные воды для поения животных и хозяйственных нужд используются крайне редко и только в безводных районах. Качество их невысокое, они слабо минерализованы, содержат большое количество пыли, микроорганизмов.
b) Поверхностные воды – это атмосферные и отчасти грунтовые воды, которые переместились к пониженным частям рельефа местности (лужи, пруды, реки, озера, моря). Из-за возможности загрязнения они далеко не всегда пригодны для питья в сыром виде. Использовать такую воду для питья можно лишь после предварительной обработки.
с) Подземные воды (рис.2) образуются главным образом из атмосферных вод, которые проникают в нижележащие слои почвы и накапливаются там в виде подземных водотоков или водохранилищ. Эти воды концентрируются над водонепроницаемым слоем в порах грунта, образуя водоносный горизонт.Если водоносный горизонт находится между первым водонепроницаемым слоем и почвой и расположен близко к поверхности Земли, он находится под атмосферным давлением. Если же водоносный горизонт расположен между водонепроницаемыми пластами, то вода может подвергаться гидростатическому давлению (артезианская вода). С санитарной точки зрения подземные воды делятся на верховодку, грунтовые и артезианские. Верховодка находится обычно в верхнем (2-3 м) слое Земли, накапливаясь над первым водонепроницаемым слоем. Ее глубина зависит от глубины залегания этого слоя. В зависимости от времени года эти воды находятся на разной глубине от поверхности Земли. Во время засухи они могут совсем исчезать. Они играют большую роль в развитии растений на полях, оставленных под пар.
Часть этих вод образует так называемый почвенный раствор, который заполняет капиллярные пространства между частицами почвы, создавая гидратационный слой. Из-за легкости загрязнения верховодка в большинстве случаев непригодна для питья, даже если по вкусу она отвечает всем требованиям.
Грунтовые воды находятся под первым водонепроницаемым слоем, залегающим на глубине не менее 7 м и до 2-3 км, иногда даже до 6,5 км. Они могут, находится в нескольких водоносных горизонтах, быть безнапорными или находиться под давлением. Воды, находящиеся на глубине до 15 м, называют мелкими грунтовыми водами. Они служат главным источником водоснабжения для людей. Воды, залегающие на глубине более 15 м (на третьем или еще более глубоком водонепроницаемым слоем), называются глубокими грунтовыми водами.
Грунтовые воды, содержащие не менее 1000 мг /л растворенных солей или СО2 или одного из редко встречающихся в пресной воде элементов, например брома, йода, фтора, железа, радия, называются минеральными водами.
В зависимости от преобладания в их составе того или иного химического соединения различают следующие виды минеральных вод: хлоридные, содержащие большое количество хлористого натрия; сульфидные, содержащие сероводород; углекислые, содержащие карбонаты и свободный СО2; горькие воды, содержащие главным образом сернокислый магний; воды, носящие название одного из главных компонентов (йодные, радоновые или радиоактивные) и другие минеральные воды.
Артезианские воды особенно ценятся за их гигиенические свойства. Они полностью свободны от микроорганизмов, в связи, с чем они пригодны для питья без очистки и обеззараживания.
12.Какая питьевая вода нужна человеку
Какая питьевая вода нужна (полезна) человеку?
Сегодня сформулировать основные химические, микробиологические и физические критерии, которым должна удовлетворять питьевая вода, которая необходима человеку для сохранения здоровья его организма.
1. Питьевая вода должна содержать в своем составе все необходимые микро- и макроэлементы, которые необходимы человеку для нормального функционирования его организма и которые человеку поступают с питьевой водой. Это должна быть природная, поверхностная, текущая вода, которая имеет собственную, природную биоэнергетику, задаваемую ее природным свойством. Она должна иметь наивысший критерий структурной упорядоченности – это фрактальная, дисимметричная питьевая вода.
2. Вода должна быть природной, биологически доступной, легкоусваиваемой, должна иметь максимальную проникающую способность через мембраны клеток организма, и иметь основные физические и физиологические характеристики сравнимые с внутриклеточной водой. Например, водопроводная вода имеет величину поверхностного натяжения до 73 дин/см, а внутриклеточная вода имеет поверхностное натяжение около 43 дин/см. Клетке требуется большое количество энергии на преодоление поверхностного натяжения воды.
3. Питьевая вода должна быть средней жесткости. Очень жесткая или мягкая вода одинаково не оптимальна для нормального функционирования клеток организма. В связи с постоянным загрязнением организма человека различными экологическими токсинами, более приемлема для нашего организма структурированная, щелочная вода (рН 8,0 – 9,0). Именно щелочная, но структурно-упорядоченная питьевая вода будет лучше сохранять кислотно-щелочное равновесие жидкостей организма, в большинстве имеющих слабощелочную реакцию.
5. Такая важная характеристика питьевой воды, как окислительно-восстановительный потенциал воды должен соответствовать окислительно-восстановительному потенциалу межклеточной жидкости. Эта величина находится в диапазоне от -100 до -200 мВ (милливольт). В таком случае организму не надо тратить дополнительную энергию на выравнивание окислительно-восстановительного потенциала.
6. Питьевая вода не должна содержать никакой отрицательной, негативной для организма человека информации.
Человек может делать свою собственную, высококачественную питьевую воду из воды природных источников, или из водопроводной воды, которая соответствует стандарту «Питьевая вода» и делать из таких вод талую питьевую воду. Талая вода, которая впервые рождается в квартире того, кто ее получает, дает ему структурированную, льдоподобной структуры питьевую воду, которая хорошо соответствует структуре внутриклеточной воды. При комнатной температуре талая вода сохраняет структуру льда в течение 6-8 часов.
Человек должен постоянно помнить, что для его здоровья необходима только высококачественная, структурно упорядоченная природная питьевая вода.
В соответствии с данными Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ), более 80 % всех проблем здоровья человека определяется качеством питьевой воды. Не может человек быть здоровым, если он пьет некачественную питьевую воду.
13. Заключение
Миру нужна устойчивая практика управления водными ресурсами, однако мы еще недостаточно быстрыми темпами движемся в правильном направлении.
Китайская пословица гласит: "Если мы не изменим курс, то можем прийти туда, куда направляемся". Если не изменить направление движения, многие районы будут по-прежнему испытывать нехватку воды, многие люди будут по-прежнему страдать, будут продолжаться конфликты из-за воды и новые площади ценных сильно увлажненных земель будут уничтожены.
Несмотря на то, что кризис с пресной водой кажется неизбежным во многих районах, где сейчас наблюдается ее нехватка, в других районах эту проблему еще можно решить, если соответствующие политика и стратегии будут сформулированы, согласованы и реализованы в самое ближайшее время.
Международное сообщество уделяет повышенное внимание мировым проблемам, связанным с водой, и целый ряд организаций предоставляют финансовые средства и помогают управлять предложением и спросом на водные ресурсы.
Возникает все больше механизмов, которые обеспечивают более справедливое распределение этих ресурсов. Страны, расположенные в районах с традиционной нехваткой воды, вводят более совершенные тарифные механизмы, развивают общественные системы управления водными ресурсами и переходят к режимам управления водосборными и речными бассейнами. Между тем, число и масштаб таких проектов должны быть существенным образом увеличены.
14.ЛИТЕРАТУРА
1. Сайт Украинского института экологии человека. – http://uiec.org.ua/ru/ekologiya-pitevoy-vodyi/ .
2. Эмото М. Послание воды. София. 2006. – 97 с.
3.Большая Энциклопедия Нефти Газа
4. Н.А. Агаджанян, В.И. Торшин «Экология человека» - ММП «Экоцентр»,
КРУК 1994
5. Бернард Небел «Наука об окружающей среде» (В 2-ух томах), «МИР» М.
1993
6. Руководство по контролю качества питьевой воды. 2-е издание., т.1,
ВОЗ, Женева, 1994.
7.. Г. В. Стадницкий, А. И. Родионов. «Экология».
8. Г. В. Стадницкий,А. И. Родионов. ”Экология”.
(zip - application/zip)
Статистика файлового архива
