Влияние деятельности человека на водные ресурсы

«Aqua» в переводе с латинского языка значит «вода». Как алфавит начинается с буквы «а», так жизнь начинается с воды. Вода содержится в каждом человеке, животном и растении и уходит из них только вместе с жизнью. Ни на одной планете нет такого количества воды, как на Земле. Вода повсюду. Она и вокруг нас: в океанах и морях, реках и озерах, в дожде и снеге, в льдинах и водопроводных трубах, в питье и в пище. Все водные объекты на поверхности планеты связаны между собой и образуют оболочку, называемую гидросферой. Вода занимает 3/4 поверхности Земли. Около 1/5 суши покрыто твердой водой (льдом и снегом), добрая половина ее всегда закрыта облаками, которые состоят из водяных паров и мельчайших капелек воды, а там, где никаких облаков нет, в воздухе всегда есть водяные пары. При углублении в толщу земной коры всегда обнаруживается вода. Она вездесуща и пронизывает все оболочки Земли, проникает в любые участки того пространства, где обитает человек и всё живое. Вода вылепила лицо нашей планеты. Вероятно, мало кто из вас задумывался над удивительными свойствами воды, и это, пожалуй, понятно – ведь вода повсюду окружает нас, она очень обычна на нашей планете. Ну, а обычное никогда не кажется удивительным. Однако сама обыденность необычна. Ведь никакое другое вещество не встречается на Земле в таких количествах, да еще одновременно в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. По выражению В. И. Вернадского, вода стоит особняком в истории нашей планеты, но ей принадлежит важнейшая роль в геологической истории Земли. Это вещество является одним из факторов формирования физической и химической среды, климата и погоды на нашей планете, возникновения жизни на Земле. С полным на то основанием можно сказать, что наша планета является планетой Воды.

Питьевая вода.

В настоящее время водные ресурсы испытывают негативное воздействие деятельности человека. Вода в природных условиях всегда содержит растворенные соли, газы и органические вещества. Их содержание меняется в зависимости от происхождения воды и окружающих условий. При концентрации солей до 1 г/кг вода считается пресной. В природе вода никогда не встречается в виде химически чистого соединения. Обладая свойствами универсального растворителя, она постоянно несет большое количество различных элементов и соединений, соотношение которых определяется условиями формирования воды, составом водоносных пород. Ежегодно в водоемы сбрасывается около 1 млрд. 800 млн. м3 промышленно-бытовых и сточных вод. Из них более 42% являются неочищенными. В последние годы загрязнителями стали сельскохозяйственные предприятия. Они сбрасывают в воду нитраты и ядохимикаты. Их количество в воде увеличилось в 4 раза. Развитие промышленности, транспорта, перенаселение ряда регионов планеты привели к значительному загрязнению гидросферы. По данным ВОЗ, около 80 % всех инфекционных болезней в мире связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушениями санитарно-гигиенических норм водоснабжения. Для здоровья населения важно не только достаточное количество воды, не менее важно, чтобы она была определённого качества. Ежегодно в мире из-за низкого качества питьевой воды умирает около 5 миллионов человек; инфекционная заболеваемость населения, связанная с неудовлетворительным водоснабжением, достигает 500 миллионов случаев в год. Больше 60% населения потребляют питьевую воду, не соответствующую гигиеническим нормативам.

Наша страна занимает первое место в мире по запасам пресных вод – здесь сосредоточено более 20% мировых ресурсов, действует более 2000 водохранилищ. Тем не менее, проблема загрязнения водоемов и нехватки питьевой воды в России одна из самых актуальных. На Цингалинской территории жители используют воду для питья и бытовых нужд из реки, озера, индивидуальных колодцев, глубинной скважины. В Иртыш, на берегу которого стоит наш поселок, сбрасываются промышленные воды Тобольского нефтеперерабатывающего комбината, располагаются лесозаготовительные предприятия, сгнившие отходы которых во время паводка отравляют воду. Сами жители устраивают свалки из бытового мусора по берегам реки и ее притоков. Озеро, находящееся в центре села загрязнено органическими веществами. Они попадают туда с талыми водами и при водопое домашних животных. В индивидуальных колодцах вода имеет различные примеси органического и неорганического происхождения. Единственным источником чистой воды является глубинная скважина, хотя и для нее, по результатам химического анализа, необходимы очистные сооружения.

б) Строение молекулы, физические и химические свойства воды.

При нормальных условиях вода - жидкость. Не имеет запаха, цвета, вкуса, прозрачна, не ядовита. При +100 °С (и давлении 1013кПа) - кипит, при О °С - замерзает. При нагревании и замерзании вода расширяется, а при охлаждении сжимается. При температуре +4°С плотность воды равна 1 г/см. При охлаждении плотность воды увеличивается, пока температура не достигнет +4 °С, затем плотность снова становится меньше. Поэтому в больших водоемах вода с температурой +4 °С опускается на дно, а более холодная находится ближе к поверхности. И хотя зимой поверхность водоема скована льдом, на дне температура всегда равна +4 °С. Это свойство воды позволяет рыбе зимовать в замерзших водоемах. Лед имеет меньшую плотность, чем жидкая вода, т. к. его кристаллическая решетка содержит пустоты, поэтому зимой лед находится на поверхности воды, что очень важно для обитателей водоемов. Вода обладает исключительно большой теплоемкостью, поэтому она медленно нагревается и медленно остывает. Благодаря этому водные бассейны регулируют температуру на нашей планете. Земля давно бы остыла и стала безжизненной, если бы не вода.

В обычных условиях вода - достаточно устойчивое соединение. Распад молекул воды (термическая диссоциация) становится заметным лишь при температуре выше 15000С. Разложение воды происходит также под действием ультрафиолетового (фотодиссоциации) или радиоактивного (радиолиза) излучения. При радиолизе воды, кроме Н2 и О2, образуется также перекись водорода и ряд свободных радикалов.

Вода - хороший растворитель. В воде растворяются минеральные соли почвы. В поисках воды и минеральных солей корни растений проникают в толщу земли порой на большую глубину. Например, корень верблюжьей колючки уходит на глубину до 15 м, достигая грунтовых вод. А рекорд проникновения в глубь земли принадлежит корням инжира - 120 м и вяза -110м.

Необычные свойства воды объясняются ее строением. Молекула воды – уголковая – угол между связями Н-О-Н равен 104° 27`. В молекуле воды имеются две полярные ковалентные связи Н — О:

в) Значение воды для человека.

Вода участвует во всех процессах жизнедеятельности человека: осуществляет транспортировку питательных веществ и кислорода, выводит продукты распада, участвует в дыхании и терморегуляции и т. д. Для обеспечения нормального существования человек должен потреблять воды примерно в 2 раза больше, чем питательных веществ. Потеря 12-15% воды приводит к нарушению обмена веществ, а потеря 25% воды - к гибели организма. В организме человека вода обновляется за один месяц. Без воды человек может прожить 3-5 дней, в то время как без пищи - 30-50 дней. В зависимости от климата суточная потребность человека в воде составляет 2,5-6 л. Если суточную потребность человека принять за 2,5 л, а продолжительность жизни - за 70 лет, получается, что за всю жизнь человек потребляет 60 т воды. Население земного шара каждые сутки потребляет 7 млрд. м3 воды. Для своих нужд человек использует только пресные поверхностные и подземные воды, которые требуют предварительной очистки.

г) Методы очистки в быту.

Какой должна быть питьевая вода? Качество воды выступает как характеристика ее состава и свойств, определяющих пригодность воды для конкретных видов использования. Большую часть водных запасов на Земле составляет соленая вода морей и океанов. Животные и растения живут как в соленых, так и в пресных водоемах, но каждый из видов приспособлен к определенному местообитанию, и способен переносить лишь незначительные отклонения в физических и химических параметрах среды, к которой он приспособился. Соленость воды определяется растворенными в ней солями (карбонаты, сульфаты, хлориды калия, натрия).

При централизованном водоснабжении законодательно определено, что вода, поступающая к потребителю, должна быть приятной в органолептическом отношении и безопасной для здоровья; при этом подразумевается, что содержание вредных веществ в воде не должно превышать предельно допустимых концентраций.

Самый простой и доступный для всех метод – отстаивание водопроводной воды. При этом в течение определённого времени улетучивается остаточный свободный хлор (CI2), который применяют в системах водозабора для обеззараживания воды. Кроме того, под действием гравитационных сил происходит осаждение относительно крупных суспензионных и коллоидных частиц, находящихся во взвешенном состоянии. В некоторых случаях осадок желтеет. Это свидетельствует о выпадении гидроксида железа (III) Fe(OH)3. Он появляется в результате окисления соединений двухвалентного железа, придающих воде голубоватый оттенок, кислородом воздуха до трёхвалентного состояния. Соли трёхвалентного железа легко гидролизуются (присоединяются ионы OH-), коагулируют (слипаются в более крупные частицы) и оседают на дно.

Следующий по простоте и доступности – метод кипячения. Основное предназначение процесса кипячения – обеззараживание воды. В результате термического воздействия гибнут вирусы и бактерии. Кроме того, в процессе кипячения происходит дегазация воды – удаление всех растворённых в ней газов, в том числе и полезных (кислорода, углекислого газа), которые улучшают органолептические свойства воды. Поэтому кипяченая вода безвкусна и малополезна для кишечной флоры. Кроме того, при кипячении может уменьшаться растворимость некоторых солей, например, сульфата кальция, что также отчасти приводит к смягчению воды.

Гораздо реже для небольших объёмов используют метод вымораживания воды, основанный на разности температур замерзания чистой воды и рассолов (раствора с минеральными солями). Сначала замерзает чистая вода, а в оставшемся объёме концентрируются соли. Существует мнение, что талая вода (вода из вымершей фракции) обладает целебными свойствами за счет особой структуры водных кластеров – групп взаимно ориентированных молекул воды. Считается, что вода с измельчёнными кластерами обладает более высокими реактивными и растворительными свойствами, лучше проникает через биологические мембраны, быстрее выводится из организма экскреторными органами.

Вода удивительное вещество, она обладает чрезвычайно ценным свойством — непрерывного самовозобновления под влиянием солнечной радиации. Оно заключается в перемешивании загрязненной воды со всей ее массой, в дальнейшем процессе минерализации органических веществ и отмирании бактерий. Агентами самоочищения являются бактерии, грибы и водоросли. В ходе бактериального самоочищения через 24 часа остается не более 50% бактерий, через 96 часов – 0,5%. Чтобы обеспечить самоочищение загрязненных вод, необходимо их многократно разбавить чистой водой.

д) Работа водоочистной станции.

Прежде чем вода попадет в дом и утолит вашу жажду, ей предстоит пройти через многочисленные механические фильтры и системы очистки, выдержать контрольные замеры и тесты инженеров, технологов, химиков и врачей. Труд многих специалистов служит высокой цели – напоить всех жителей города чистой водой.

Водозаборник забирает воду для дальнейшей подачи в систему и очищает ее от крупного мусора и веток.

Насосы подают воду в систему для дальнейшей очистки.

В смесителях с помощью химических реагентов осаждаются вредные вещества и мелкие частицы ила.

В отстойниках вода освобождается от осадков.

Фильтры, состоящие из угля и песка, не дают микрочастицам грязи просочится в трубы.

Чтобы избавиться от бактерий, в воду добавляют хлор.

Для накопления питьевой воды служат резервуары чистой воды, из которых насосы подают очищенную воду в дома и школы, столовые и детские сады, бассейны и промышленные предприятия.

3. Методика.

1. Водородный показатель рН.

Питьевая вода должна иметь нейтральную реакцию (pH около 7). Значение pH воды водоёмов хозяйственного, питьевого, культурно-бытового назначения регламентируется в пределах 6,5-8,5.

Приближённое значение pH определяют следующим образом.

В пробирку наливают 5 мл исследуемой воды, 0. 1 мл универсального индикатора, перемешивают и по окраске раствора оценивают величину рН. Также водородный показатель можно определить с помощью индикаторной бумаги, сравнивая её окраску со шкалой.

2. Жесткость воды.

Жесткость воды обуславливается присутствием в ней ионов кальция, магния и железа и анионов: гидрокарбонат, хлорид, сульфат и нитрат. Общая жесткость складывается из карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной). Временная жесткость обусловлена содержанием гидрокарбонатов кальция, магния, железа. Она устраняется кипячением воды; постоянная жесткость объясняется содержанием сульфатов, хлоридов, нитратов кальция, магния, железа и не устраняется кипячением, а только химическим путем или методом ионно-обменной адсорбции.. Общая и временная жесткость воды определяется путем титрования пробы воды растворами точно известной концентрации, а постоянная рассчитывается по разнице между общей и временной жесткостью.

Высокая жесткость воды ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая негативное действие на органы пищеварения. Именно жесткость вызывает образование накипи в чайниках и других устройствах кипячения воды.

3. Определение ионов железа.

Оборудование и реактивы: 50% раствор KNCS, HCl-24%.

Определение. К 10мл исследуемой воды прибавляют 1-2 капли HCl и 0, 2 мл (4 капли) 50%-го раствора KNCS. Перемешивают и наблюдают за развитием окраски. Метод чувствителен, можно определить до 0, 02 мг/л.

Выводы:

1. Исследование водных источников с. Цингалы показало, что они не соответствуют нормам СанПиНа.

2. При проведении эксперимента по определению водородного показателя выяснено, что вода в источниках № 1,2,4 имеют рН 7, а источники № 3,5 – рН 8, что является допустимым.

4. При исследовании воды на запах нами установлено, что в источнике №2 вода имеет древесный запах, а в источнике № 5 – гнилостный, в остальных источниках вода запахов не имеет.

5. При проведении эксперимента на обнаружении ионов железа выяснено, что все источники имеют повышенное содержание железа, особенно оно велико в источниках № 2,4,5.

6. При проведении эксперимента на определение жесткости воды установлено, что карбонат-ионы во взятых пробах не определяются.