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= -lgH+. 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)