реферат '
реклама
Министерство образования Российской Федерации
МОУ средняя общеобразовательная школа № 1
РЕФЕРАТ
«Вода знакомая и незнакомая»
Выполнил:
Кондратенко Владимир
11 «А» класс
Проверил:
преподаватель химии
высшей категории
Десятниченко О.А.
Слайд – презентация
преподаватель информатики
первой категории
Рейзвих Т.Н.
ВОЛХОВ
2005
2
Содержание
Введение
I
Размышления о воде великих философов и ученых
II Распространение воды в природе
III Строение молекулы
IV Физические свойства
V Аномалии воды
VI Химические свойства
VII Использование воды
VIII Роль воды в жизнедеятельности человека
IX Типы питьевой воды
IX. Исследование качества питьевой воды
X Требования к качеству питьевой воды
XI Анализ качества воды в реке Волхов и питьевой
воды в городе
XII Источники водоснабжения
XIII Промышленная очистка воды
XIV Бытовая очистка
XV Способы фильтрации воды
XVI Современные бытовые фильтры
XVII Проблемы водосбережения. Конкурс ОАО
«Водоканал-сервис» 2004г. Лучшие работы
учащихся
Заключение
Словарь терминов
Список использованной литературы
стр
3
3
8
9
10
12
16
18
19
26
29
35
37
38
45
48
49
54
57
59
60
72
3
ВВЕДЕНИЕ
«Она стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела,
которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых
грандиозных геологических процессов. Нет земного вещества — минерала,
горной породы, живого тела, которое ее не заключало бы. Все земное
вещество... ею проникнуто и охвачено».
Академик В.И.Вернадский
В кружева будто одеты
Деревья, кусты, провода.
И кажется сказкою это,
А в сущности только — вода!
Безбрежная ширь океана
И тихая заводь пруда,
Струя водопада и брызги фонтана
И все это — только вода!
Роль воды в жизни нашей планеты удивительна и, как ни странно,
раскрыта еще не до конца.
Цель работы «Вода знакомая и загадочная
• Актуализировать знания о воде.
• Раскрыть уникальные физические, физико-химические и химические
свойства воды.
• Проанализировать проблемы очистки воды в промышленном масштабе
и домашних условиях.
• Познакомиться с рынком фильтров.
• Изучить качество воды в реке Волхов и питьевой воды в городе
• Рассмотреть лучшие работы участников конкурса «Водоканал-сервис»
2004г.
• Освоить терминологию в области водоподготовки и водосбережения
I
РАЗМЫШЛЕНИЯ О ВОДЕ ВЕЛИКИХ ФИЛОСОФОВ И УЧЕНЫХ
Многие столетия люди не знали, что представляет собой вода, и как
появилась она на планете.
Древнегреческие ученые сравнивали море с организмом человека,
пытаясь тем самым объяснить различные процессы, протекающие в морской
среде, например испарение рассматривалось как выделение пота и т. д.
Выдающиеся мыслители древности – Платон (ок. 427 – ок. 347 до н. э.) и
его ученик Аристотель (384–322 до н. э.) – уделяли воде большое внимание.
4
Как известно из сохранившихся документов, своими мыслями Платон
делился с учениками во время прогулок по живописному побережью близ
Афин. Его представления о мире сформировались в философскую систему,
которая господствовала более двух тысячелетий. В основе его системы
мироздания лежали четыре стихии: огонь – воздух – вода – земля (рис. 1).
Рис. 1. Представление Аристотеля об элементах и качествах
В научных трудах Платона воде отводилась важнейшая роль. В трактате
«Тимей» он утверждал, что стихия, называемая водой, сгущаясь, превращается
в камни и землю, но она может стать ветром и воздухом, а воспламенившийся
воздух – огнем.
Эти фантастические рассуждения кажутся теперь наивными и смешными,
но не спешите улыбаться. Именно так рождались идеи, раскрывающие
происхождение различных явлений в природе, и делались первые попытки
найти между ними взаимосвязь. А главный вопрос, который волновал
человечество в древности, да и теперь не меньше: «Откуда мы?»
Чем дальше человечество уходит от философов древности, тем больше
вопросов ставит перед нами окружающий нас мир.
Вот и приходится вспоминать знаменитое восклицание: «Воистину вода
лучше всего!» Принадлежит оно греческому философу Фалесу из Милета (ок.
625 – ок. 547 до н. э.), который считал, что в основе всего многообразия
явлений и вещей лежит вода. Он, очевидно, был первым, кто отметил
необычайность ее физических свойств и, сравнивая с другими веществами
природы, указал на способность воды существовать в трех состояниях:
твердом, жидком и газообразном.
Представления Фалеса, несомненно, нашли отражение в трудах Платона
и его ученика Аристотеля. Сочинения Аристотеля охватывали практически все
области тогдашнего знания. Его интересовали вопросы движения воды, ее роль
на планете; в его трактатах можно найти и некоторые идеи, приближающие его
к пониманию важной проблемы – круговорота воды в природе.
Древнегреческий философ, поэт и врач Эмпедокл из Агригента (ок. 490 –
ок. 430 до н. э.) и его соотечественник Демокрит (ок. 470 или 460 до н. э. – умер
в глубокой старости) из г. Абдера (Фракия) считали, что, подобно процессу
потения, море следует рассматривать как испарину на поверхности земли под
лучами солнца.
5
Римский ученый Плиний Старший (23 или 24 – 79 н. э.) в трактате
«Естественная история» высказал идею, объясняющую соленость морской
воды. Он утверждал, что благодаря солнцу из воды удаляются пресные
компоненты, и поверхностные воды становятся солеными. Однако, по его
мнению, глубинные морские воды отличаются слабой соленостью и переходят
в пресные. Такая точка зрения просуществовала много веков, пока человек не
создал приборы, способные отбирать пробы воды с любой глубины, так
называемые батометры.
Множество гениальных идей высказал римский философ Сенека Луций
Анней (ок. 4 до н. э. – 65 н. э.)1. Он суммировал эмпирические взгляды древних
в трактате «Проблемы естествознания» и утверждал, что первоначально в мире
был хаос. Вещества, по его мнению, растворенные в морской воде, в океане,
стали разделяться в течение времени и послужили источником зарождения
жизни. Он писал, что соленость морской воды и уровень океана сохраняются
постоянно, а существенная прибавка воды из рек в моря компенсируется
испарением. Он был весьма наблюдательным естествоиспытателем и отмечал,
что в термальных водах растворенные вещества выпадают в осадок и можно
наблюдать отложение известняка и других материалов. Сенека обратил
внимание на то, что выветривание горных пород приводит к образованию
мелей в реках, а с речными водами эти материалы поступают в моря, образуя
дельту реки. Он был убежден (и правильно), что вода способна растворять
самые твердые горные породы.
Ученый сделал первую попытку классификации вод на научной основе:
1. Океанические воды. Они существовали с самого начала и составляют
основную часть природных вод. Из этих вод образовались все другие воды на
Земле.
2. Подземные воды. Они циркулируют в грунте и почве; выходят на
поверхность в виде источников.
3. Текущие или стоячие воды на поверхности земли. Из них состоят реки, озера
и другие водоемы.
4. Воды атмосферы. К ним относятся дождевая вода, снег, иней, роса и т. д.
Римский архитектор и инженер Марк Витрувий, живший во второй
половине I в. до н. э., расcмотрел в трактате «Десять книг об архитектуре»
наряду с градостроительством вопросы круговорота воды. Он утверждал, что
испаряются легкие и полезные для здоровья частицы воды, а тяжелые и грубые
остаются.
Испарения морей, рек, источников и болот под действием солнечного
тепла сгущаются и образуют облака, поддерживаемые «волной воздуха». При
движении они наталкиваются на горы, и вследствие удара выпадают осадки.
Происхождение горячих и холодных источников Витрувий объяснял
процессами воспламенения в недрах Земли различных веществ, таких, как
квасцы, горная смола, сера и т. д. Они разогревают землю, и протекающая
поблизости подземная вода нагревается. Если вода долго течет под землей, то
она успевает охладиться, но вкус, запах и цвет оказываются испорченными за
6
счет растворенных пород. Эти взгляды получили широкое распространение и
просуществовали вплоть до XVIII в.
Таким образом, римские ученые внесли много рационального в
представления о происхождении природных вод, хотя множество идей они
заимствовали у греческих философов. Такие мыслители древности, как
Плиний, Сенека, Витрувий и другие, обладали прежде всего
энциклопедическими познаниями, и созданные ими многотомные трактаты
стали документами величайшей ценности, сохранившими до наших дней «дела
и мысли» древних естествоиспытателей.
Впервые столетия нашей эры возник и получил развитие своеобразный
феномен человеческой культуры – алхимия. Ее крупнейшие представители
стремились соединить моменты умозрительных философских построений с
практическими знаниями о природных явлениях, и все это делалось ради того,
чтобы найти так называемый «философский камень», превращающий
неблагородные металлы в золото и серебро.
Начиная с раннего средневековья, по мере усиления христианской
церкви, значительно сократились исследования природных явлений, процессов
и закономерностей, наблюдаемых в окружающем мире. По существу, все
области знания, кроме теологии, остановились в своем развитии.
Изучение природных вод затухало и почти утратило реальные основы –
практический опыт – на целое тысячелетие (V–XVI вв.).
Алхимия зародилась в Египте в III–IV вв. н. э., достигла расцвета в
Западной Европе в IХ–XVI вв. Развитие многих отраслей научных знаний было
таким образом ограничено своеобразным табу.
Представления, сложившиеся веками под влиянием суеверных и
религиозных воззрений на окружающий человека мир, становились серьезным
препятствием для правильного понимания и истолкования наблюдаемых
явлений природы в эпоху средневековья.
Накопленные знания о природных водах, пресных и морских, имели
часто путанный, очень расплывчатый характер. Не было ясности вплоть до
XVII в. относительно разграничения пресных и соленых вод; полагали, что в
природе наблюдаются их взаимные превращения. Такой подход,
утвердившийся в эпоху Платона–Аристотеля, два тысячелетия отражал суть
воззрений многих поколений естествоиспытателей.
Океанические воды, по мнению некоторых авторитетов XVI–XVII вв., с
глубиной становятся все более пресными. Эти представления, зародившись в
Древней Греции, перекочевали в труды римских ученых и на протяжении
многих столетий принимались алхимиками, благополучно дожив до ХVI–ХVII
вв.
В XVI в. естествоиспытатели, объясняя постоянный уровень морей и
океанов, часто склонялись к гипотетическим представлениям о пористости
Земли, полагая, что морская вода заполняет пустоты, проникая в сушу по
многим невидимым каналам. Не зная достаточно отчетливо, насколько морская
вода отличается по составу от воды соляных озер и других минеральных
7
источников, ученые считали, что подобные явления одного характера, и
находили в этом глубокую связь между водами моря и суши.
В этом хотя и ложном понимании явлений нащупывались первые
исходные положения, которые формировали или, вернее, начинали
формировать представления о единой картине в гидросфере. Но процесс
развития знаний о природных водах был медленным, постоянно наталкивался
на преграды, для преодоления которых требовалось длительное время.
Даже такие выдающиеся мыслители, как Роджер Бэкон (ок. 1214–1292) и
Леонардо да Винчи (1452–1519), не смогли сколько-нибудь заметно повлиять
на состояние и развитие знаний.
Огромный интерес Леонардо да Винчи к естественным наукам, его идеи
относительно круговорота воды заслуживают особого внимания. Он намечает
создать «Трактат о воде», который включает пятнадцать книг, посвященных
различным темам. Заглавия этих книг говорят о значительной предварительной
работе, выполненной автором. Вот некоторые из них: о самой воде; о море; о
подземных потоках; о реках; о природе пучин; о поверхностных водах; о
водоворотах; о каналах; о машинах, приводимых в действие водой; о
наводнениях; о веществах, находящихся в воде, и т. д.
Последний раздел представляет несомненный интерес, поскольку
указывает на первые попытки изучения химической природы воды. Однако
осуществить замысел этого фундаментального труда не удалось, но отдельные
записи, найденные уже после смерти автора и дошедшие до нас, говорят о том,
что его представления о круговороте воды формировались под влиянием
древнегреческих и римских философов. Леонардо да Винчи не слепо
заимствует все от древних, как это нередко делали в его эпоху, а принимает
только самое рациональное и развивает свои идеи о круговороте воды.
В тезисах к задуманному им труду «Трактат о воде» он так формулирует
задачи, относящиеся к гидрологии: «Где есть жизнь, там есть тепло, а где есть
жизненное тепло, там происходит движение паров. Это не требует
доказательств, ибо мы видим, что элемент огня своим теплом притягивает к
себе влажные пары и плотные туманы в виде компактных облаков, которые он
заставляет подниматься с морей, озер и рек, из сырых долин; пары эти
постепенно поднимаются до области холода, и здесь первая часть их
останавливается, потому что тепло и влажность не могут существовать рядом с
холодом и сухостью, к первой части одна за другой присоединяются все
остальные, и так образуются плотные темные облака. Носимые ветром, они
соединяются в большие массы и становятся настолько тяжелыми, что
низвергаются сильным дождем, а если силу элемента огня умножает жар
солнца, облака притягиваются еще выше и встречают там еще больший холод,
в котором образуют лед и снег, и тогда они низвергаются бурями с градом. То
же самое тепло, которое удерживает тяжелые массы воды, дождем падающей
из облаков, заставляет ее подниматься с подножия гор вверх, достигать вершин
и, найдя какие-нибудь расселины, изливаться из них, образуя таким образом
реки».
8
Выдвинутая здесь концепция круговорота воды вполне приемлема и не
расходится с современными представлениями.
II
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВОДЫ В ПРИРОДЕ
Вода - вещество привычное и необычное.
Нет на Земле вещества более важного для нас, чем обыкновенная вода, и
в то же время не существует другого такого же вещества, в свойствах которого
было бы столько противоречий и аномалий, сколько в её свойствах.
Вода занимает особое положение среди природных богатств Земли, она незаменима. Иссякнут запасы металлов - быть может удастся обойтись
пластмассами; не хватит растительных и животных белков - научатся получать
синтетические. Даже вместо обычного воздуха пригодна в некоторых случаях
искусственная смесь газов. Вода же будет необходима во все века и всюду, где
существуют земные формы жизни.
Почти 3/4 поверхности нашей планеты занято океанами и морями.
Твёрдой водой - снегом и льдом - покрыто 20% суши. Из общего количества
воды на Земле, равного 1 млрд. 386 млн. кубических километров, 1 млрд. 338
млн. кубических километров приходится на долю солёных вод Мирового
океана, и только 35 млн. кубических километров приходится на долю пресных
вод. Всего количества океанической воды хватило бы на то, чтобы покрыть ею
земной шар слоем более 2,5 километров. На каждого жителя Земли
приблизительно приходится 0,33 кубических километров морской воды и
0,008 кубических километров пресной воды. Но трудность в том, что
подавляющая часть пресной воды на Земле находится в т а к о м с о с т о я н и и ,
к о т о р о е д е л а е т е ё т р у д н о д о с т у п н о й д л я ч е л о в е к а . Почти 70%
пресных вод заключено в ледниковых покровах полярных стран и в горных
ледниках, 30% - в водоносных слоях под землёй, а в руслах всех рек
содержатся одновременно всего лишь 0,006% пресных вод.
Молекулы воды обнаружены в межзвёздном пространстве. Вода
входит в состав комет, большинства планет солнечной системы и их
спутников.
Тело человека почти на 63 - 68 % состоит из воды. Представители
животного и растительного мира содержат такое же обилие воды в своих
организмах. Меньше всего воды, лишь 5 - 7% веса, содержат некоторые мхи и
лишайники. Большинство обитателей земного шара и растения состоят более
чем на половину из воды. Например, млекопитающие содержат 60 - 68 %;
рыбы - 70 %; водоросли - 90 - 98 % воды.
Содержание воды в некоторых пищевых продуктах.
Пищевые продукты
Содержание воды, % от массы
Помидоры
Грибы
Молоко
Апельсины
Яблоки
95
92
87
86
84
9
Рыба
Картофель
Яйца
Мясо (говядина)
III
82
76
75
64
СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛЫ
Как известно, свойства химических соединений
зависят от того, из каких элементов состоят их молекулы, и
изменяются закономерно. Воду можно рассматривать как
оксид водорода или как гидрид кислорода. Атомы
водорода и кислорода в молекуле воды расположены в
углах равнобедренного треугольника с длиной связи «О
– Н» 0,957 нм; валентный угол «Н - О – Н» составляет
104° 27’.
Но поскольку оба водородных атома расположены по одну сторону от
кислородного, электрические заряды в ней рассредоточиваются. Молекула
воды полярна, что является причиной особого взаимодействия между
разными её молекулами. Атомы водорода в молекуле воды, имея частичный
положительный заряд, взаимодействуют с электронами атомов кислорода
соседних молекул. Такая химическая связь называется водородной.
Она объединяет молекулы воды в
своеобразные
полимеры
пространственного строения. В водяном
паре присутствует около 1% димеров
воды.
Расстояние
между
атомами
кислорода - 0,3 нм. В жидкой и твёрдой
фазах каждая молекула воды образует
четыре водородные связи: две - как донор
протонов и две - как акцептор протонов.
Средняя длина этих связей — 0, 28 нм,
угол Н - О — Н стремится к 180. Четыре
водородные связи молекулы воды направлены приблизительно к вершинам
правильного тетраэдра.
Роль воды как главного и универсального растворителя определяется
прежде всего полярностью её молекул и, как следствие, её чрезвычайно
высокой диэлектрической проницаемостью. Разноимённые электрические
заряды, и в частности ионы, притягиваются друг к другу в воде в 80 раз слабее,
чем притягивались бы в воздухе. Силы взаимного притяжения между
молекулами или атомами погружённого в воду тела также слабее, чем в воздухе.
Тепловому движению в этом случае легче разбить молекулы. Оттого и
происходит растворение, в том числе многих трудно растворимых веществ:
капля камень точит.
10
IV
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Вода - единственное вещество на Земле, которое существует в природе во
всех трёх агрегатных состояниях - жидком, твёрдом и газообразном.
Плавление льда при атмосферном давлении сопровождается
уменьшением объёма на 9%.Аномально изменяется и плотность воды с
изменением температуры. Вначале так же, как и у других веществ, с
понижением температуры она увеличивается, но достигнув максимума при
4°С, начинает уменьшаться. Поэтому более тяжелая вода с температурой 4
°С перемещается в глубину, а лед остается на поверхности и изолирует из-за
своей плохой теплопроводности воду от дальнейшего замерзания.
"Аномальное" поведение воды объясняется ее способностью образовывать
ассоциаты за счёт водородных связей, на разрыв которых требуется
дополнительная энергия. При образовании ассоциатов, между молекулами
воды образуются «пустоты».Ниже 4°С их количество уже приводит к тому, что
плотность начинает уменьшаться. У льда, в котором каждая молекула воды
связана водородными связями с четырьмя другими, размеры «пустот»
превышают размеры молекул воды и плотность его небольшая. При плавлении
водородные связи разрушаются, «пустоты» заполняются «одиночными» и
«сдвоенными» молекулами воды - плотность возрастает.
Высокая полярность молекул воды обуславливает также её большую
диэлектрическую проницаемость и способность растворять полярные вещества
(«подобное в подобном»).
Температурный коэффициент объёмного расширения льда и жидкой
воды отрицателен при температурах соответственно ниже -210°С и + 3,98 С.
Теплоёмкость при плавлении возрастает почти вдвое и в интервале от О 0
С до 100° С почти не зависит от температуры.
Вода имеет незакономерно высокие температуры плавления и кипения в
сравнении с другими водородными соединениями элементов главной
подгруппы VI группы таблицы Менделеева.
теллуроводоро селеноводород
д Н2Те
H2Se
сероводород
H2S
вода Н2О
-510С
-640С
-82°С
00С
t плавления
-40С
-42 0С
-610С
1000С
t кипения
Нужно подвести дополнительную энергию, чтобы расшатать, а затем
разрушить водородные связи. И энергия эта очень значительна. Вот почему
так велика теплоёмкость воды. Благодаря этой особенности вода формирует
климат планеты. Геофизики утверждают, что Земля давно бы остыла и
превратилась в безжизненный кусок камня, если бы не вода. Нагреваясь, она
поглощает тепло, остывая, отдаёт его. Земная вода и поглощает, и
возвращает очень много тепла, и тем самым "выравнивает" климат. Особенно
заметно на формирование климата материков влияют морские течения,
образующие в каждом океане замкнутые кольца циркуляции.
Водяной пар создаёт мощный "парниковый эффект", который
11
задерживает до 60% теплового излучения нашей планеты, не даёт ей
охлаждаться. По расчётам М.И.Будыко, при уменьшении содержания
водяного пара в атмосфере вдвое средняя температура поверхности Земли
понизилась бы более чем на 5 0 С (с 14,3 0 до 9 0 С).
На смягчение земного климата, в частности на выравнивание
температуры воздуха в переходные сезоны - весну и осень, заметное влияние
оказывают огромные величины скрытой теплоты плавления и испарения воды.
В 1932 году американцы Г. Юри и Э.Осборн обнаружили, что даже в
самой чистой воде, которую только можно получить в лабораторных условиях,
содержится
незначительное
количество
какого-то
вещества,
выражающегося, по-видимому, той же химической формулой Н2О, но
обладающего молекулярным весом 20 вместо веса 18, присущего обычной
воде. Юри назвал это вещество тяжёлой водой. Большой вес тяжёлой воды
объясняется тем, что её молекулы состоят из атомов водорода с удвоенным
атомным весом по сравнению с атомами обычного водорода. Двойной вес этих
атомов в свою очередь обусловливается тем, что их ядра содержат, кроме
единственного протона, составляющего ядро обычного водорода, ещё один
нейтрон. Тяжёлый изотоп водорода получил название дейтерия (D или 2Н), а
обычный водород стали называть протием. Тяжёлая вода, окись дейтерия,
выражается формулой D2O.
Вскоре был открыт третий, сверхтяжёлый изотоп водорода с одним
протоном и двумя нейтронами в ядре, который был назван тритием (Т или
Н). В соединении с кислородом тритий образует сверхтяжёлую воду Т2О с
молекулярным весом 22.
В природных водах содержится в среднем около 0,016% тяжёлой воды.
Тяжёлая вода внешне похожа на обычную воду, но по многим физическим
свойствам отличается от неё. Точка кипения тяжёлой воды 101,4° С, точка
замерзания + 3,8 С. Тяжёлая вода на 11% тяжелее обычной. Удельный вес
тяжёлой воды при температуре 25 0 С равен 1,1. Она хуже ( на 5 - 15% )
растворяет различные соли. И в физиологическом отношении тяжёлая вода
воздействует на живое вещество иначе: в отличие от обычной воды,
обладающей живительной силой, тяжелая вода совершенно инертна. Семена
растений, если их поливать тяжёлой водой, не прорастают; головастики,
микробы, черви, рыбы в тяжёлой воде не могут существовать; если животных
поить одной тяжёлой водой, они погибнут от жажды. Тяжёлая вода - это
мёртвая вода.
Имеется ещё один вид воды, отличающийся по физическим свойствам от
обычной воды, - это омагниченная вода. Такую воду получают с помощью
магнитов, вмонтированных в трубопровод, по которому течет вода.
Омагниченная вода изменяет свои физико-химические свойства: скорость
химических реакций в ней увеличивается, ускоряется кристаллизация
растворённых веществ, увеличивается слипание твёрдых частиц примесей и
выпадение их в осадок с образованием крупных хлопьев (коагуляция).
Омагничивание успешно применяется на водопроводных станциях при
большой мутности забираемой воды. Она позволяет также быстро осаждать
12
загрязненные промышленные стоки. ВОДА - одно из главных богатств
человечества на Земле
V
АНОМАЛИИ ВОДЫ
Обычная вода на самом деле является загадочной жидкостью, поскольку
многие ее свойства {плотность, сжимаемость, теплоемкость) являются
аномальными - не похожими на свойства большинства других жидкостей.
Причина этого заключается в особой структуре воды, обусловленной
водородными связями между ее молекулами, которая изменяется с
температурой или давлением.
Вода в нашей жизни - самое обычное и самое распространенное
вещество. Однако с научной точки зрения это самая необычная, самая
загадочная жидкость. Пожалуй, только жидкий гелий может соперничать с ней.
Но необычные свойства жидкого гелия (такие, как сверхтекучесть) проявляются
при очень низких температурах (вблизи абсолютного нуля) и обусловлены
специфическими квантовыми законами. Поэтому жидкий гелий - это
экзотическое вещество. Вода же в нашем сознании является прообразом всех
жидкостей, и тем более удивительно, когда мы называем ее самой необычной.
Но в чем же заключается необычность воды? Дело в том, что трудно назвать
какое-либо ее свойство, которое не было бы аномальным, то есть ее поведение
(в зависимости от изменения температуры, давления и других факторов)
существенно отличается от такового у подавляющего большинства других
жидкостей, у которых это поведение похоже и может быть объяснено из самых
общих физических принципов. К таким обычным, нормальным жидкостям
относятся, например, расплавленные металлы, сжиженные благородные газы
(за исключением гелия), органические жидкости (бензин, являющийся их
смесью, или спирты).
То, что обычная вода представляет собой еще весьма плохо изученное
вещество, объясняется не только сложностью и неопределенностью ее
структуры, но и тем, что это жидкое вещество. Значительно легче, нежели
жидкое, исследовать твердое вещество или газ, так как в первом молекулы
четко упорядочены, а во втором — они слабо взаимодействуют и обладают
большой свободой передвижения. Ответа на вопрос: почему существуют две
формы конденсированного из газа состояния вещества — жидкое и твердое, —
близкие по плотности и энергии межмолекулярного взаимодействия и
колоссально отличающиеся по кинетике межмолекулярного взаимодействия,
пока еще нет. Не создано теорий, которые адекватно описывали бы жидкое
состояние. Не разработана также теория плавления — перехода от порядка к
беспорядку в системах с близкими плотностями и энергиями
межмолекулярного взаимодействия. Поэтому, например, лед изучен лучше,
чем вода. Не получена в лабораториях и абсолютно чистая вода, ее свойства до
сих пор остаются загадкой.
Свойство
Аномалия
Значение
13
Летучесть
Наименьшая среди
соединении водорода с
элементами подгруппы
кислорода
Существенна для физиологии
клетки: медленное снижение
влажности различных материалов.
Скрытая
теплота
плавления и
испаения.
Наиболее высокая из всех
твердых и жидких веществ, за
исключением аммиака; с
повышением температуры
несколько снижается (до 40
°С), затем - возрастает
Термостатирующий эффект в
технологических
процессах,
перенос тепла водными течениями
в
природе,
способствует
сохранению
постоянной
температуры тела
Наиболее высокая, за
Температура
исключением аммиака
замерзания
Термостатирующий эффект в
точке замерзания. Очень важна
для сохранения теплового и
водного баланса в атмосфере.
Большие затраты тепла на
испарение в производственных
Наиболее высокая из всех процессах; экономия возможна
Температура
жидкостей
при утилизации тепла,
кипения
выделяющегося при конденсации
пара
Играет роль в теплообменной
Наиболее высокая из всех аппаратуре и процессах малого
Теплопроводжидкостей
ность
масштаба, например
происходящих в живых клетках
Используется в технике как
Растворяет многие вещества
основной растворитель, связывает
Растворитель в больших количествах, чем
между собой явления физические
другие жидкости
и биологические
При замерзании водоемов,
нижний слой воды, как наиболее
тяжелый, находится при
Наибольшая при +4 °С
Плотность
температуре +4 °С. При этом не
замерзает и вода в живых
организмах.
Обеспечивает
большую
Уменьшается при
подвижность глубоко в недрах
Вязкость
увеличении давления
планеты, где давление достигает
огромных значений
АНОМАЛИЯ ПЛОТНОСТИ
Всем известна аномалия плотности. Она двоякая. Во-первых, после таяния
льда плотность увеличивается, проходит через максимум при 4 0 С и только
14
затем уменьшается с ростом температуры. В обычных жидкостях плотность
всегда уменьшается с температурой. И это понятно. Чем больше температура,
тем больше тепловая скорость молекул, тем сильнее они расталкивают друг
друга, приводя к большей рыхлости вещества. Разумеется, и в воде повышение
температуры увеличивает тепловую скорость молекул, но почему-то это
приводит в ней к понижению плотности только при высоких температурах.
Вторая аномалия плотности состоит в том, что плотность воды больше
плотности льда (благодаря этому лед плавает на поверхности воды, вода в
реках зимой не вымерзает до дна и т.д.). Обычно же при плавлении плотность
жидкости оказывается меньше, чем у кристалла. Это тоже имеет простое
физическое объяснение. В кристаллах молекулы расположены регулярно,
обладают пространственной периодичностью - это свойство кристаллов всех
веществ. Но у обычных веществ молекулы в кристаллах, кроме того, плотно
упакованы. После плавления кристалла регулярность в расположении молекул
исчезает, и это возможно только при более рыхлой упаковке молекул, то есть
плавление обычно сопровождается уменьшением плотности вещества. Такого
рода уменьшение плотности очень мало: например, при плавлении металлов
она уменьшается на 2 - 4%. А плотность воды превышает плотность льда сразу
на 10%! То есть скачок плотности при плавлении льда аномален не только по
знаку, но и по величине.
ПЕРЕОХЛАЖДЕННАЯ ВОДА
В последнее время много внимания уделяется изучению свойств
переохлажденной воды, то есть остающейся в жидком состоянии ниже точки
замерзания 00 С. (Переохладить воду можно либо в тонких капиллярах, либо еще лучше - в виде эмульсии: маленьких капелек в неполярной среде - "масле").
Что же происходит с аномалией плотности при переохлаждении воды? Она
ведет себя странно . С одной стороны, плотность воды сильно уменьшается по
мере переохлаждения (то есть первая аномалия усиливается), но, с другой
стороны, она приближается к плотности льда при понижении температуры (то
есть вторая аномалия ослабевает).
АНОМАЛИЯ СЖИМАЕМОСТИ
Вот еще пример аномалии воды: необычное температурное поведение ее
сжимаемости, то есть степени уменьшения объема при увеличении давления.
Обычно сжимаемость жидкости растет с температурой: при высоких
температурах жидкости более рыхлы (имеют меньшую плотность) и их легче
сжать. Вода обнаруживает такое нормальное поведение только при высоких
температурах. При низких же сжимаемость ведет себя противоположным
образом, в результате чего в ее температурном поведении появляется минимум
при 450 С.
АНОМАЛИЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ
Что же это за необычный процесс, происходящий в воде и делающий ее
непохожей на другие жидкости? Чтобы уяснить его физическую сущность,
рассмотрим еще одну, на мой взгляд, самую сильную аномалию воды температурное поведение ее теплоемкости. Величина теплоемкости, как
известно, показывает, сколько нужно затратить тепла, чтобы поднять
15
температуру вещества на один градус. Для подавляющего числа веществ
теплоемкость жидкости после плавления кристалла увеличивается
незначительно -никак не более 10%. Другое дело - вода. При плавлении льда
теплоемкость скачет от 9 до 18 кал/моль " град, то есть в два раза! Такого
огромного скачка теплоемкости при плавлении не наблюдается ни у одного
другого вещества: здесь вода абсолютный рекордсмен.
Во льду энергия, подводимая для нагревания, тратится в основном на
увеличение тепловой скорости молекул. Скачок теплоемкости после плавления
означает, что в воде открываются какие-то новые процессы (и очень
энергоемкие), которые тратится подводимое тепло и которые обусловливают
появление избыточной теплоемкости. Такая избыточная теплоемкость и,
следовательно, упомянутые энергоемкие процессы существуют во всем
диапазоне температур, при которых вода находится в жидком состоянии. Она
исчезает только в паре, то есть эта аномалия является свойством именно
жидкого состояния воды.
Много нового вносят в проблему теплоемкости исследования последних
лет по изучению свойств переохлажденной воды. При сильном переохлаждении
теплоемкость сильно возрастает, то есть аномальный вклад в нее еще больше
увеличивается. Переохлажденная вода еще более аномальна, чем обычная.
Теплоемкость воды «делает погоду»
Климат на планете зависит и от свойства воды - очень большой
теплоемкости, то есть способности отдавать и накапливать тепло. В одном
литре воды можно запасти в 330 раз больше t тепла, чем в таком же объеме
воздуха. Вода медленнее нагревается, но зато долго сохраняет тепло.
Поэтому летним вечером на море вода теплее, чем песок на берегу. А
Мировой океан - своеобразная грелка для континентов. Его огромные массы
воды в прямом смысле слова «делают погоду» на Земле. Летом он не
дает суши перегреться, а зимой постоянно «поставляет» ей тепло. Поэтому в
странах, расположенных вблизи океана, мягкий морской климат, здесь не
бывает ни суровой зимы, ни холодных ночей. Перепады температур в разные
сезоны здесь небольшие.
Поверхностное натяжение.
Вода на гладких листьях водных растений похожа на ртутные
шарики. Из всех жидкостей вода обладает самым высоким, после ртути,
поверхностным натяжением. Именно из-за него капельки росы принимают
такую форму. Круглые шарики воды очень упруги.
Если стальную иголку или лезвие безопасной бритвы осторожно
положить на поверхность воды, налитой в блюдце, то они не тонут. А ведь
металл в 8 раз тяжелее воды! А как легко, не замачивая лапок, скользит по воде
жучек водомерка.
Все свойства воды уникальны, исключительны и аномальны. Поэтому изза своих качеств это соединение наиболее благоприятно для жизни.
16
VI
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Вода - идеальное амфотерное соединение, так как при ее диссоциации
образуется равное число ионов Н+ и ОН- . Вода взаимодействует:
1. с щелочными и щелочноземельными металлами:
С натрием, калием и кальцием вода реагирует при обычной температуре;
с магнием -при кипении.
2Na + 2H0H = NaOH + Н2
Са + 2Н0Н - Са (ОН ) 2 + Н 2
Mg + 2Н0Н = Mg(OH)2 + Н2
2. с амфотерными металлами:
С цинком реакция идет при кипячении; с алюминием, если он без
оксидной пленки в виде амальгамы (раствор в ртути) - при обычной
температуре; с железом - при высокой температуре (красного каления),
Zn + 2НОН = Zn(OH)2 + Н2
2AI + 6Н0Н = 2А1(ОН)3 + 3H2
3Fe+4H2O =Fe3O4+4H2
3. с оксидами активных металлов:
Например, вода взаимодействует с оксидом калия, оксидом кальция
(оксиды всех металлов, стоящих в ряду напряжений до Mg включительно).
К2О + Н2О = 2КОН
CaO+ Н2О = Са(ОН)2
Кислотные свойства воды
1. Взаимодействие с аммиаком:
Вода является донором протона, т.е. по теории Лоури-Бренстеда кислотой. Поэтому, она способна реагировать с аммиаком, как кислота, с
образованием катиона аммония.
NH3 + НОН = NH4OH или:
NH3 + НОН NH+ 4 +ОН0(I) К(I)
К (I I) 0(I I)
2. гидролиз солей:
Соли, образованные слабыми основаниями, гидролизуются водой.
Например, с хлоридом меди (II), гидролиз идет ступенчато.
Си2+ +НОН =Си(ОН)+ +Н+ СиОН+ + НОН = Си(ОН)2 + Н+
Основные свойства воды
1. Взаимодействие с кислотными оксидами
С12О7 +Н2О = 2НСlO4
2. Взаимодействие с кислотами:
В данном случае вода является акцептором протона, т.е. по теории ЛоуриБренстеда -основанием. При взаимодействии воды с хлороводородом
образуется ион гидроксония (Н3О)+.
17
НС1+НОН Н30++СlК(1) 0(I )
К(I I) 0(I I )
3. гидролиз солей
Соли, образованные слабыми кислотами, гидролизуются водой. Для
многоосновных кислот реакция идет ступенчато.
СO3 2-+HOHHCO3 -+ 0Н(I ступень)
Восстановительные свойства воды:
Атом кислорода имеет в воде степень окисления -2, что обуславливает
свойства воды как восстановителя.
1.
С фтором (F2), хлором (Сl2): Фтор вытесняет кислород. С
хлором (Сl2), реакция протекает через образование НС1 и НСlO.
2F2+2H2O=4HF+O 2
Сl2+Н2О=НСl+НСl0
HClO=HCl+[O]
О +О = О2
2. Разложение:
Электролиз является реакцией внутримолекулярного окислениявосстановления.
2H2O=2H2 + O2
Образование гидратов и клатратов:
1. С серной кислотой (H2SO4):
С серной кислотой вода образует гидраты.
H2SO4+H2O=H2SO4*H2O
2. Взаимодействие с солями:
Вода с солями может образовывать кристаллогидраты. Например, с
сульфатом меди (II).
CuS04+5H20=CuSO4 * 5Н20
3. Взаимодействие с газами
Образование клатратов (соединений включения газов в структуру
воды) связано с проникновением молекул газа в "пустоты", образуемые за счет
водородных связей. Эти соединения неустойчивы и существуют за счет слабых
межмолекулярных взаимодействий и пространственных затруднений, которые
возникают при выходе из "водяного каркаса".
Сl2*8Н2О; С2Н6*6Н2О и др.
Вода может служить катализатором, например, щелочные металлы и
водород реагируют с СL2 только в присутствии следов воды. Иногда вода каталитический яд, например, для железного катализатора при синтезе NH3.
Способность молекул воды образовывать трехмерные сетки водородных связей
позволяет ей давать с инертными газами, углеводородами, СО2, С12, (СН2 )2 О,
СНС13 и многими другими веществами газовые гидраты.
18
Взаимодействие с органическими веществами:
1. С алкенами (СnН2n) (ПРИСОЕДИНЕНИЕ):
Например, при взаимодействии с этиленом получается этиловый спирт.
Катализатор -серная кислота.
2.
С алкенами (СnН2n) (ОКИСЛЕНИЕ):
Взаимодействие этилена с
водным раствором
перманганата
калия ведет к образованию этиленгликоля (реакция Вагнера).
3CH2=CH2+2KMnO4+4H2O
3H2C-CH2+2KOH+2MnO2
OH
OH
3. С алкинами (СnН2n-2):
В присутствии соли ртути (II) в кислой среде, вода реагирует с
ацетиленом, образуя уксусный альдегид (реакция Кучерова).
Hg2+
СН = CH+HOH
[H2 C=CH]
Н3C-CH
OH
O
4. Со сложными эфирами (CR-С-O-R):
Сложные эфиры обратимо гидролизуются водой с образованием
соответствующих кислоты и спирта
CH3COOC2H5+HOH=CH3COOH+C2H5OH
5. С карбидом кальция (CaC2)
Гидролиз карбида кальция идет с образованием ацетилена и Са(ОН)2
CaC2+2H2O
Ca(OH)2+C2H2
6. С полисахаридами:
Гидролиз полисахаридов приводит к образованию моносахаридов.
Реакция идет в присутствии кислоты, щелочи или ферментов. Например,
гидролиз крахмала или клетчатки.
(С6Н10O5)n + n(НОН)
nC6H12O6
VII
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДЫ
В растворах (преимущественно водных) протекает большинство
технологических процессов на предприятиях химической промышленности, в
производстве лекарственных препаратов и пищевых продуктов.
Не случайно гидрометаллургия-извлечение металлов из руд и
концентратов с помощью растворов различных реагентов - стала важной
отраслью промышленности.
Вода-это важный источник энергоресурсов. Как известно, все
гидроэлектрические станции мира, от маленьких до самых крупных,
превращают механическую энергию водного потока в электрическую
19
исключительно с помощью водяных турбин с соединенными с ними
электрогенераторами. На атомных электростанциях атомный реактор
нагревает воду, водяной пар вращает турбину с генератором и вырабатывает
электрический ток.
Вода, несмотря на все её аномальные свойства, является эталоном для
измерения температуры, массы (веса), количества тепла, высоты местности.
Шведский физик Андерс Цельсий, член Стокгольмской академии наук,
создал в 1742 году стоградусную шкалу термометра, которой в настоящее
время пользуются почти повсеместно. Температура кипения воды обозначена
1000 , а температура таяния льда 00 .
При разработке метрической системы, установленной по декрету
французского революционного правительства в 1793 году взамен различных
старинных мер, вода была использована для создания основной меры массы
(веса) - килограмма и грамма: 1 грамм, как известно, это вес 1 кубического
сантиметра (миллилитра) чистой воды при нормальных условиях.
По мере развития цивилизации, освоения новых полей человеку
требовалось всё больше и больше воды. Если
угодно, развитие цивилизации можно измерять в
литрах потребляемой надушу населения воды.
Сейчас в самой развитой стране мира - США - на
душу населения потребляется в сутки около 7000 л
воды, тогда как в некоторых развивающихся
странах - не более 30 л, т.е. в 200 раз меньше.
Человек каменного века потреблял, видимо, менее
10 л воды в сутки.
Непосредственно для деятельности человека имеет значение одна из
главных задач использования воды - её потребление для питьевых и бытовых
нужд. Мало кто из жителей городов имеет представление о структуре
потребления воды. Оказывается, на питьё и приготовление пищи затрачивается
всего 5 % потребляемой человеком воды.
При этом, перефразируя песню из старого кинофильма, можно сказать, что
мы "воду пьем" и "воду льем". По подсчётам американских учёных, больше
всего воды - 43% - расходуется в смывном бачке в туалете, ванна и душ требуют
меньше - 34%воды, мытьё посуды - 6%, стирка - 4%, уборка помещения - 3%,
прочие нужды, включая мытьё автомашин и полив лужайки и перед домом, - 5%.
В целом бытовое потребление воды 220 - 320 л в сутки на человека
VIII РОЛЬ ВОДЫ В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
Сама по себе вода не имеет питательной ценности, но она является
непременной составной частью всего живого. Почти все биохимические реакции
в каждой живой клетке - это реакции в водных растворах. С водой
удаляются из нашего тела ядовитые шлаки; вода, выделяемая потовыми
железами и испаряющаяся с поверхности кожи, регулирует температуру нашего
20
тела. В растениях содержится до 90% воды, в теле же взрослого человека ее 6065%, но это "усреднено" от общей массы тела. Если же говорить более детально,
то кости - это всего 22% воды, однако мозг - это уже 75%, мускулы - тоже 75%
воды (в них находится около половины всей воды тела), кровь состоит из воды аж
на 92%.
Первостепенная роль воды в жизни всех живых существ, и человека в том
числе, связана с тем, что она является универсальным растворителем огромного
количества химических веществ. Т.е. фактически является той средой, в которой
и протекают все процессы жизнедеятельности.
Вот лишь небольшой и далеко не полный перечень "обязанностей" воды в
нашем организме.
Вода:
Регулирует температуру тела.
Увлажняет воздух при дыхании.
Обеспечивает доставку питательных веществ и кислорода ко всем
клеткам тела.
Защищает и буферизирует жизненно важные органы.
Помогает преобразовывать пищу в энергию.
Помогает питательным веществам усваиваться органами.
Выводит шлаки и отходы процессов жизнедеятельности.
Определенное и постоянное содержание воды - вот необходимое условие
существования живого организма. При изменении количества потребляемой
воды и ее солевого состава нарушаются процессы пищеварения и усвоения
пищи, кроветворения и пр. Без воды невозможна регуляция теплообмена
организма с окружающей средой и поддержание температуры тела.
Человек чрезвычайно остро ощущает изменение содержания воды в своем
организме и может прожить без нее всего несколько суток. При потере воды в
количестве менее 2% веса тела (1-1.5л) появляется чувство жажды, при утрате
6-8% наступает полуобморочное состояние, при 10% - галлюцинации,
нарушение глотания. Потеря 10-20% воды опасна для жизни. Животные
погибают при потере 20-25% воды.
Избыточное же потребление воды приводит к перегрузке сердечнососудистой системы, вызывает изнуряющее потоотделение, сопровождающееся
потерей солей, ослабляет организм.
В зависимости от интенсивности работы, внешних условий (в т.ч. климата),
культурных традиций человек суммарно (вместе с пищей) употребляет от 2 до 4
л воды в сутки и столько же воды выделяется из организма). Среднесуточное же
потребление составляет около 2 -2.5 л. Именно из этих цифр исходит Всемирная
Организация Здравоохранения (ВОЗ) при разработке рекомендаций по качеству
воды Немаловажное значение имеет минеральный состав воды. Для постоянного
питья и приготовления пищи пригодна пресная вода с общей минерализацией до
0.5 - 1 г/л. Хотя, конечно, в ограниченных количествах возможно (а иногда даже
полезно, например, в лечебных целях) употребление минеральной воды с
повышенным солесодержанием питьевой воды. Организм человека довольно
быстро адаптируется к изменению солевого состава, привыкание требует
21
некоторого времени. Поэтому при резкой (а тем более частой) смене
характеристик воды возможны нарушения деятельности желудочно-кишечного
тракта, известные в народе как "болезнь путешественников".
Людям, страдающим ожирением, нужно прежде всего много пить: в их
организме содержание воды сильно понижено. Так как ожирение чаще всего
приводит к гипертонии, рекомендуются олигоминеральные или минимально
минерализованные воды с низким уровнем рН и содержанием натрия менее 20 мг
на литр. Избегайте сильно газированной воды: она стимулирует выделение
желудочного сока, а значит, провоцирует чувство голода.
На Земле нет абсолютно чистой воды, и получить её не так просто.
Даже так называемая дистиллированная вода, которую покупают в
аптеках,
содержит небольшие дозы растворенных веществ из стенок
стеклянных бутылок, в которых она хранится. Каждый раз, выпивая стакан
горячего чая, мы вместе с ним выпиваем примерно 0.0001 г растворенного
стекла (обычно силикат натрия). Легко подсчитать, что в течение жизни
вместе с чаем наш организм поступает 0.1 г стекла. Чтобы полностью
растворить стекло при чаепитии, понадобится много поколений людей.
Вероятность разбить стакан за этот период неизмеримо выше.
Содержание воды в организме.
Эмбрион человека на 97% состоит из воды, а у новорождённых её
количество составляет 77% массы. К 50 годам человек немного «усыхает» и вода
составляет только 60% от его массы. Основная часть воды- 70% сосредоточена внутри клеток, а 30% - это внеклеточная вода, которая
разделяется на две части: меньшая, порядка- 7%,- это кровь и лимфа
(последняя является фильтратом крови) , тканевой , или интерстициальной
(т.е. промежуточной ).Теперь, зная свой вес и возраст каждый может
приблизительно подсчитать массу своей внутренней гидросферы и её
составляющих.
Как и в косной гидросфере, в нашей «внутренней гидросфере»
осуществляется обмен с внешним окружением, своего рода внешний круговорот.
Водные потери организма учесть непросто, их средние величины пока имеют
приблизительные оценки, а у каждого индивидуума они вообще всегда свои
собственные. Хорошо известно, например, что каждый из нас в одних и тех
условиях потеет по-своему.
Потери воды при дыхании составляют в среднем около 4 *102 г. Потери с
поверхности кожи, связанные в значительной степени с терморегуляцией,
меняются, но в среднем составляют 6*10 г. Прямые, назовём их «видимые»,
потери лежат в пределах (1-1,5)* 10 г. Все эти потери происходят в течение
суток, следовательно, общие суточные потери составляют (2-2,5)*10 г воды.
Потери воды приводят к жажде. Человек восполняет их как прямым
потреблением воды, так и через пищу, содержащую воду. Но как же возникает
жажда. Все составляющие «внутренней гидросферы» находятся между собой в
равновесии. Если концентрация растворенных солей в крови, интерстициальной
жидкости или внутри клеток растёт, то к ним через биологические мембраны
клеток поступает вода. На вывод вредных и ненужных веществ из организма
22
теряется в основном интерстициальная вода, поэтому в ней часто возрастает
концентрация солей. На перемещении воды через полупроницаемую мембрану от
менее концентрированного раствора к более концентрированному основана
работа осморецепторов - клеток, сигнализирующих об уменьшении воды в
организме. Эти клетки - центры жажды, или центры регулирования внутренней
гидросферы, - находятся в гипоталамусе вместе с центрами голода,
терморегуляции и некоторыми другими. Когда вокруг осморецепторов растёт
содержание солей, вода из них выходит наружу, и они слегка сжимаются. Этого
достаточно для появления чувства жажды. Повреждение соответствующего
участка гипоталамуса может вызвать постоянную жажду или, наоборот,
отсутствие интереса к воде даже тогда, когда рот пересыхает от жажды.
Сигналы жажды поступают и в результате деятельности почек. Когда масса
воды в организме уменьшается, у почек становится работы, и они
сигнализируют об этом, выделяя определённый гормон. Чувство утоления
жажды наступает обычно сразу после наполнения желудка, но задолго до того,
как вода могла бы поступить во внутреннюю гидросферу. Видимо, при
наполнении желудка в центр жажды поступает какой-то сигнал, отключающий
тревогу.
Но в желудок вода поступает не только извне, туда попадает еще 6-7 л
жидкости: 3 л слюны, по три л желудочного и кишечного сока и до 0,5 л — желчи
ежесуточно.
Часть воды образуется непосредственно в организме при распаде белков,
и углеводов - это так называемая эндогенная вода. Так, при окислении 100 г
жиров образуется 107 г воды, а окисление 100 г углеводов дает 55,5 г воды.
Внутренняя гидросфера человека находится в непрестанном движении, в
ней идет обмен между составляющими и интенсивное перемещение таких
составляющих, как кровь и интерстициальная жидкость. Всем известна мощная
работа сердца, которое ежеминутно прогоняет (4,5 - 5) * 10 3 г крови
при собственной массе всего (2,2 - 3) * 10 2 г, а за сутки этот небольшой
комочек мускулов прогоняет более 1 * 10 7 г крови, т.е. в десятки тысяч раз
больше собственной массы и примерно в 150 раз больше массы самого человека
Огромную работу проводят почки, через которые в сутки прогоняется 1 * 1 0
г жидкости. Здесь идет очистка гидросферы человека от ненужных и вредных
веществ, и от сюда вода начинает свой прямой путь наружу. В среднем за свою
жизнь человек потребляет ( и выделяет) 7,5 * 10 г воды, а все население планеты
-3,6 * 1017 г. Легко подсчитать, что за свою жизнь(при средней
продолжительности жизни 70 лет) человечество может выпить, пропустив
через внутреннюю гидросферу, половину всего годового стока рек мира.
На долю воды приходится основная часть массы любого живого существа
на Земле. У взрослого человека вода составляет больше половины массы тела.
Именно у взрослого человека, потому что в разные периоды жизни содержание
воды в организме изменяется. У эмбриона оно достигает 97%; сразу после
рождения общее количество воды в организме быстро уменьшается - у
новорожденного ее уже только 77%. Дальше содержание воды продолжает
постепенно снижаться, пока не станет в зрелом возрасте относительно
23
постоянным. В среднем содержание воды в организме мужчин от 18 до 50 лет
составляет 61%, женщин-54% от массы тела. Разница эта связана с тем, что
организм взрослых женщин содержит больше жира; при отложении жира вес
тела увеличивается, и доля воды в нем снижается (у людей, страдающих
ожирением, содержание воды может уменьшиться до 40% от массы тела). После
50 лет организм человека начинает "усыхать": воды в нем становится меньше.
Еще в 1858г. знаменитый французский физиолог Клод Бернар
сформулировал принцип постоянства внутренней среды организма - нечто вроде
закона сохранения массы- энергии для живых существ. Этот принцип гласит:
поступление в организм различных вещество должно быть равно их выделению.
Ясно, что и потребление воды должно быть равным расходу. Как же человек
расходует воду?
Водные потери организма учесть довольно трудно, потому что немалая
часть их приходится на долю так называемых неощутимых потерь. Например,
вода в виде паров содержится во вдыхаемом воздухе - это примерно 400мл/сут.
около 600 мл/сут. ее испарения с поверхности кожи. Немного воды выделяют
слезные железы ( и не только тогда, когда мы плачем: выделяемая ими жидкость
постоянно омывает глазное яблоко); вода теряется также капельками слюны при
разговоре, кашле и т. д. Остальные пути выделения воды легче поддаются учету:
это 800-1300мл в сутки, выделяемые с мочой, и около200мл - с испражнениями.
Если суммировать все вышеуказанные цифры, то получается около 2-2,5л;
эта цифра, средняя, потому что расход воды может сильно колебаться в
зависимости от внешних условий, индивидуальных особенностей обмена или в
результате его нарушений.
В соответствии с этим и суточная потребность организма взрослого
человека в воде составляет в среднем около 2,5л. Это, впрочем, вовсе не
означает, что человек должен каждый день выпивать не меньше 10 стаканов
воды: основная часть потребляемой нами воды содержится в пище. Часть воды
образуется также непосредственно в организме в процессе жизнедеятельности —
при распаде белков, жиров и углеводов (эндогенная вода). Например, при
окислении 100г. жиров возникает 107мл. воды, 100г. углеводов — 55мл.
Следовательно, наиболее выгоден (в смысле получения эндогенной воды) жир.
Ни один жизненный процесс в организме человека или животного не может
совершаться без воды и ни одна клетка не в состоянии обойтись без водной
среды. С участием воды протекают практически все функции организма. Так,
испаряясь с поверхности кожи и дыхательных органов, вода принимает участие в
процессах терморегуляции.
Процесс пищеварения - важнейшая функция организма. Процесс
пищеварения в желудочно-кишечном тракте протекает только в водной среде. В
этом процессе вода играет роль хорошего растворителя почти всех пищевых
продуктов.
Выпитая вода, прежде всего, всасывается сквозь стенки желудка и кишечника в кровь и с ней равномерно распределяется по всему организму, переходя из
крови в межтканевую жидкость, а затем и в клетки. Такой обмен воды
происходит довольно интенсивно. Находясь в состоянии соединения с водой,
24
пищевые продукты (белки, углеводы, жиры, минеральные соли) также легко
всасываются в кровь и поступают во все органы и затем ткани организма.
Особенно тяжело человек переносит обезвоживание. Если потери воды не
восполняются, то в результате нарушений физиологических процессов
ухудшается самочувствие, падает работоспособность, а при высокой
температуре воздуха нарушается терморегуляция и может наступить перегрев
организма. При потере влаги, составляющей 6-8% от веса тела, у человека
повышается температура тела, краснеет кожа, ускоряется сердцебиение,
учащается дыхание, переходящее в отдышку, появляется мышечная слабость,
головокружение головные боли и наступает полуобморочное состояние. При
потере 10% воды могут происходить необратимые изменения в организме.
Потеря воды в кол-ве 15-20%при температуре воздуха выше 30° является уже
смертельной, а потеря 25% воды смертельна и при более низких температурах.
Так, например, средний состав человеческого тела таков: воды 65%, белка
15%, жира 14%, солей 5%, других 1%. Если человек весит 60 кг, то в его теле
содержится около 40 л воды. Половину веса костей и три четверти веса мышц
составляет вода. Питательные вещества попадают в нашу кровь через стенки
пищеварительного канала. Через эти стенки могут проникать только вещества,
растворённые в воде, только жидкости. Если бы кусок сахара не растворился в
слюне и в желудочном соке, сахар не попал бы в кровь. Белок яйца, крахмал
хлеба и картофеля не растворяются в воде.
Кровь, состоящая на четыре пятых из воды, разносит питательные
вещества по в сему организму. В каждой клетке организма идут свои процессы, и
эти процессы неизменно связаны с присутствием в клетке воды. Таким образом,
вода нужна для нашего организма как растворитель питательных веществ и как
среда, в которой протекают различные процессы, связанные с нашей
жизнедеятельностью. Выделяясь потовыми железами и испаряясь с поверхности
кожи, вода регулирует температуру нашего тела. Кроме того вода необходима
для выведения из организма различных вредных веществ, образующихся в
результате обмена.
Таким образом мы видим, что вода в живом организме, как и в природе, не
находится в покое. Все новые и новые количества её поступают в организм с
пищей и такие же количества выделяются.
Болезни, которые могут быть вызваны из-за качества употребляемой
воды.
Питьевая вода - это прежде всего здоровье человека. Так как «вода - это
жизнь», то понятно, что естественные воды заселены разнообразными живыми
организмами, нередко опасными для здоровья человека. Действительно,
неумолимая статистика о том, что 80% всех болезней в мире связано с
неудовлетворительным качеством питьевой воды нарушениями санитарно гигиенических норм водоснабжения. Заболевания подразделяются на пять типов:
заболевания, вызываемые зараженной водой (тиф, холера, дизентерия,
полиомиелит, гастроэнтерит, гепатит); заболевания и слизистой, возникающие
при использование загрязнённой воды для умывания (от трахомы до проказы);
заболевания, вызываемые моллюсками, живущими в воде (шистосоматоз и
25
ришта) ; наконец, заболевания, вызываемые живущими и размножающимися в
воде насекомыми- переносчиками инфекции (малярия, желтая лихорадка т.п.)
Учитывая все ещё не решённые вопросы водоснабжения, в особенности в
развивающихся странах, можно только поражаться масштабам заболеваний,
связанных с водой, даже сейчас, в век ощутимого прогресса в борьбе с разными
заболеваниями.
Заболевания,
возникающие при токсическом воздействии химических элементов и
субстанций, находящихся в питьевой воде
Болезнь
Анемия
Апластическая анемия
Бронхиальная астма
Лейкемия
Заболевания пищеварительного тракта:
а) повреждения
б) боли в желудке
в) функциональные расстройства
Болезни сердца:
Повреждение сердечной мышцы
Нарушение функционирования сердца
в) Сердечно-сосудистые изменения
г) Брадикардия
Возбуждающий фактор
Мышьяк,
бор,
фтор,
медь,
трихлорэтилен
Бензол
Фтор
Хлорированные фенолы, бензол
Мышьяк,
бериллий,
динитрофенолы
Ртуть, пестициды
Цинк
бор,
цианиды,
хлороформ,
Бор, цинк, терахлорэтилен, фтор, медь, свинец,
ртуть
Бензол, хлороформ, цианиды
Трихлорэтилен (TRI)
д) Тахикардия
Дерматозы и экземы
Флюороз скелета
Болезнь “Itai-itai”
Болезнь Кашена–Бека
Облысение
Цирроз печени
Метгемоглобинемия (Цианоз)
Уремия
Гипофункция щитовидной железы
Несварение желудка и кишок
Галоформы,
тригалометаны,
альдрин
(инсектицид), и его производные
Динитрофенолы
Мышьяк, альдрин и его производные, бор,
бериллий,
хлор,
хлорированные
фенолы,
хлорнафталины,
хром,
трихлорэтилен,
динитрофенолы, детергенты, фтор, кобальт,
никель, продукты дистилляции нефти (масла),
пластмассы, ртуть, циклические ароматические
углеводороды (ЦАУ)
Фтор
Кадмий
Железо
Бор, ртуть
Хлор, магний, бензол, хлороформ, тетрахлорид
углерода, тяжелые металлы
Нитраты, нитриты, азиды, хлораты, перхлораты,
тетрахлорид углерода, динитрофенолы, фенол
Медь, свинец, ртуть
Кобальт
Фтор, детергенты, кремний, медь
26
Злокачественные опухоли почек
Злокачественные опухоли мочевого
пузыря
Злокачественные опухоли легких
Злокачественные опухоли кожи
Злокачественные опухоли печени
Злокачественные опухоли желудка
Меркуриализм
IX
Мышьяк, некоторые галоформы
Мышьяк, хлор
Мышьяк, ЦАУ, бензопирен
Мышьяк, бензопирен, продукты дистилляции
нефти (масла), некоторые ЦАУ
Мышьяк, ДДТ, некоторые галоформы
N-нитрозоамины, ЦАУ
Ртуть
Типы питьевой воды
Питьевая вода не содержит подсластителей или химических добавок,
калорий и сахара. Ароматизаторы, экстракты и эссенции, извлеченные из
фруктов или специй, могут добавляться в питьевую воду, но эти добавки
должны составлять менее одного процента от общего веса продукта. Напитки,
содержащие добавок более одного процента от общего веса, определяются уже
как безалкогольные, а не как питьевая вода. Кроме того, питьевая вода может
быть без содержания натрия или с очень низким содержанием натрия.
Некоторые разновидности питьевой воды содержат природный углерод или
производятся с искусственным добавлением углерода.
Артезианская вода
Напорные подземные воды, заключенные в
водоносных пластах горных пород между водоупорными слоями.
Минеральная вода
Питьевая вода, минерализация которой не менее 250 мг/дм3. Не
допускается искусственное добавление минеральных веществ. Очищенная вода
Питьевая вода, обработанная путем дистилляции, деминерализации и
некоторыми другими процессами, отвечающая государственным стандартам.
Газированная вода
Газированной водой называется питьевая вода, в
оригинальный состав которой входит двуокись углерода. Важно отметить, что
содовая вода и тоник не являются питьевой водой: эти напитки считаются
безалкогольными напитками. Родниковая вода Родниковая вода - вода из
источника, находящегося на поверхности земли. Иногда родниковая вода
добывается через буровую скважину, причем считается родниковой лишь в том
случае, если ее химический состав совпадает с составом воды источника,
находящегося на поверхности земли.
Типы минеральных вод.
Минеральная вода – природная и искусственная вода, содержащая
повышенное количество (по сравнению с пресными водами) солей, газов,
органических веществ, и обладающая специфическими свойствами
(температура,
содержание
биологически
активных
компонентов,
радиоактивность и др.), которые обусловливают ее лечебное действие.
Минеральную воду в качестве лечебного и профилактического средства
используют уже более двух тысячелетий. Каждая минеральная вода
воздействует на физиологические процессы организма, смещая их в ту или
другую сторону, Если организм нормально функционирует, то нет надобности
27
смещать это равновесие. Если же нарушены какие-то физиологические и
биохимические процессы, то организм страдает и ему нужно помочь. Довольно
часто именно минеральная вода оказывается наиболее эффективным
терапевтическим средством, восстанавливающим нарушенное равновесие и
облегчающее страдание. Для безусловного лечебного эффекта необходимо
применять минеральную воду прямо из буровых скважин. Для лечения вне
курортов широко используют минеральную воду, разлитую в бутылки.
Украина обладает огромными запасами минеральных вод. Для лечения и
профилактики различных заболеваний рекомендуются к применению около 200
видов лечебных и лечебно-столовых минеральных вод (не только украинского
производства). Разлив их производится на специальных заводах и в цехах
предприятий пищевой промышленности. Налитую в бутылки воду зачастую
насыщают углекислотой; она должна быть бесцветной, абсолютно чистой, без
запаха или постороннего привкуса. Бутылки с минеральной водой хранят в
горизонтальном положении в прохладном месте.
Нужно грамотно
ориентироваться в море минеральных вод, чтобы не нанести вред своему
организму. Поэтому мы подробно расскажем обо всех категориях минеральных
вод. Одна из самых важных надписей на этикетке – “осадок при 180 градусах”,
или “общая минерализация”, или “общее солесодержание”. По минерализации
(общее количество растворенных в воде ионов и биологически активных
элементов, выражаемое в граммах на литр – г/л) различают следующие виды
минеральных вод: слабоминерализованная (до 2 г/л); маломинерализованная
(2-5 г/л); среднеминерализованная 5-15 г/л); высокоминерализованная (15-35
г/л); рассольные (35-150 г/л). Без ограничений пить можно только так
называемые “столовые воды”, в которых содержится не более 5 г солей на литр;
основное назначение этих вод – утоление жажды; состав солей подобран так,
что они не придают напитку выраженного солевого вкуса и вместе с тем
представляют собой необходимый минимум полезных для организма веществ.
Воды с минерализацией от 5 до 15 г/л пить можно, только чередуя со
столовой, иначе в организме начнется накопление солей. Вода же, в литре
которой содержится 15 и более граммов солей, врачами расценивается как
лекарство и употреблять ее необходимо строго по предписанию врача! По
ионному составу минеральная вода бывает:
лоридная бикарбонатная
сульфатная натриевая кальциевая магниевая. В зависимости от газового состава
и наличия специфических элементов различают минеральную воду:
углекислую
сульфидную
(сероводородную)
бромистую
йодистую
мышьяковистую радиоактивную (радоновую) и др. Минеральная вода бывает:
холодная (до 20 градусов С) теплая (20-35 градусов С) горячая – термальная
(35-42 градуса С) очень горячая – высокотермальная (свыше 42 градусов С).
Минеральная вода используется для так называемого питьевого лечения и для
ванн, купаний, душей, проводимых в бальнеологических лечебницах, в
лечебных бассейнах, а также для ингаляций и полосканий при заболеваниях
носоглотки и верхних дыхательных путей, для орошений при гинекологических
заболеваниях и т.д. Эффект от питьевого лечения минеральной водой зависит
не только от правильного выбора воды, но и от правил ее приема (доза,
28
периодичность, связь с приемом пищи), температуры и т.д., обусловливающих
различное действие одной и той же воды. Поэтому питьевое лечение
минеральной водой (особенно в домашних условиях) следует проводить только
по назначению врача, в строгом соответствии с его указаниями. В случае
отсутствия назначенной врачом минеральной воды ее можно заменить другой,
близкой к ней по химическому составу и действию, обязательно соблюдая
предписанный врачом порядок ее приема.
Многие минеральные воды,
благодаря приятному вкусу и способности утолять жажду, широко
используются как столовые и без ограничения продаются в торговой сети.
Однако лицам, страдающим заболеваниями органов пищеварения, сердечнососудистой и мочевыделительной систем, а также нарушениями обмена
веществ, применять их, не посоветовавшись с врачом, не следует, т.к. это
может привести к нежелательным, нередко тяжелым осложнениям.
Искусственные минеральные воды, близкие по составу к естественным, готовят
из химически чистых солей. Их применяют в так называемых
“водолечебницах” для приготовления углекислых, сероводородных, азотных,
радоновых, йодобромных хлоридных натриевых и др. ванн. К искусственным
минеральным водам, используемым как столовые и утоляющие жажду,
относится и содовая вода, представляющая собой пресную воду, насыщенную
углекислотой, к которой добавлены двууглекислая сода, хлористый кальций,
хлористый магний. Срок годности минеральной воды: в стеклянных бутылках 2 года со дня разлива, в пластиковых - 18 месяцев. На этикетке должна быть
указана дата и название лаборатории, в которой был проведен анализ. Данные
должны обновляться каждые 5 лет; если на бутылке значится “1995 г.”, пить эту
воду уже не следует. показатель рН указывает на степень кислотности воды и
обозначается баллами по шкале от 0 до 14. Идеальный уровень рН для
минеральной воды – 7. Вода с показателем рН более 7 является щелочной, а
менее 7 – кислой. Краткое описание некоторых минеральных вод: бикарбонатная вода: Содержит более 0,6 граммов бикарбонатов в литре
рекомендуется людям, активно занимающимся спортом, грудным детям
(особенно при частой рвоте), больным циститом; противопоказана страдающим
гастритом, т.к. содержит ангидриды углекислоты, вызывающие раздражение
слизистой желудка; натриевая вода: содержит более 0,2 г натрия в литре;
рекомендуется при запорах и плохом пищеварении (в сочетании с хлоридной
водой); противопоказана гипертоникам и тем, кому рекомендована
низкосолевая диета; -кальциевая вода: содержит более 0,15 граммов кальция в
литре; рекомендуется людям, которые не пьют молоко, беременным женщинам,
а также детям и подросткам; противопоказаний нет; -сульфатная вода:
содержит более 0,2 граммов сульфатов в литре; рекомендуется тем, у кого
проблемы с печенью, кроме того, такая вода оказывает слабительный эффект;
не показана детям и подросткам, т.к. сульфаты могут препятствовать усвоению
кальция, а значит и формированию костей; -хлоридная вода: содержит более
0,2 граммов хлоридов в литре; рекомендуется для регуляции работы
кишечника, желчных путей и печени; противопоказана людям с повышенным
давлением; -магниевая вода: содержит более 0,05 граммов магния в литре;
29
рекомендуется при запорах, а также в стрессовых ситуациях, поскольку магний
участвует в механизме регуляции реакции организма на стресс;
противопоказана людям, склонным к расстройствам желудка; -фторная вода:
содержит более 0,001 грамма фтора в литре; рекомендуется беременным,
людям, страдающим остеопорозом (особенно полезно чередовать ее с водой,
богатой кальцием), а также тем, кто живет в районах, где не фторируется
водопроводная вода; противопоказана взрослым и детям, принимающим
таблетки с фтором, или живущим в местности, где фторируется водопроводная
вода;
-железистая вода: содержит более 0,001 грамма железа в литре;
рекомендуется
людям,
страдающим
железодефицитной
анемией;
противопоказана
людям
имеющим
проблемы
с
желудком
и
двенадцатиперстной кишкой (в частности, с язвенной болезнью); кислая вода:
содержит более 0,25 граммов ангидридов углекислоты в литре; рекомендуется
людям с пониженной кислотностью желудочного сока; противопоказана
людям, страдающим гастритом, язвой, повышенной кислотностью желудочного
сока, метеоризмом (т.к. кислая среда резко усиливает ощущение вздутия
живота). Некоторые ученые считают, что здоровье человека на 70% зависит от
качества потребляемой воды. Поэтому употреблять качественную воду –
жизненная необходимость.
X
ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
Органолептические показатели воды
1. Содержание взвешенных частиц
Этот
показатель
качества
воды
определяют
фильтрованием
определённого объёма воды через бумажный фильтр и последующим
высушиванием осадка на фильтре в сушильном шкафу до постоянной массы.
Для анализа берут 500-1000 мл воды. Фильтр перед работой взвешивают.
После фильтрования осадок с фильтром высушивают до постоянной массы при
105С, охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Весы должны обладать высокой
чувствительностью, лучше использовать аналитические весы.
Содержание взвешенных веществ в мг/л в испытуемой воде определяют
по формуле (m1-m2) 1000/V, где m1- масса бумажного фильтра с осадком
взвешенных частиц, г; m2-масса бумажного фильтра до опыта, г; V-объём воды
для анализа, л.
ПДК=10 мг/л.
2. Цвет (окраска)
При загрязнении водоёма стоками промышленных предприятий вода
может иметь окраску, не свойственную цветности природных вод. Для
источников хозяйственно-питьевого водоснабжения окраска не должна
обнаруживать в столбике высотой 20 см, для водоемов культурно-бытового
назначения – 10 см.
Диагностика цвета – один из показателей состояния водоема. Для
определения цветности воды нужны стеклянный сосуд и лист белой бумаги. В
30
сосуд набирают воду и на белом фоне определяют цвет воды (голубой, зеленый,
серый, желтый, коричневый) – показатель определенного вида загрязнений.
3.Прозрачность
Прозрачность зависит от нескольких факторов: количества взвешенных
частиц ила, глины, песка, микроорганизмов, содержания химических
соединений.
Для определения прозрачности воды используют прозрачный мерный
цилиндр с плоским дном, в который наливают воду, подкладывают под
цилиндр на расстоянии 4 см от его дна шрифт, высота букв которого 2 мм, а
толщина линий букв 0,5 мм, и сливают воду до тех пор, пока сверху через слой
воды не будет виден этот шрифт. Измеряют высоту столба оставшейся воды
линейкой и выражают степень прозрачности в сантиметрах. При прозрачности
воды менее 3 см водопотребление ограничивается. Уменьшение прозрачности
природных вод свидетельствует об их загрязнении.
4. Запах
Запах воды обусловлен наличием в ней пахнущих веществ, которые
попадают в не естественным путем и со сточными водами. Запах воды
водоемов, обнаруживаемый непосредственно в воде или (Водоемов
хозяйственно - питьевого назначения) после ее хлорирования, не должен
превышать 2 баллов. Определение основано на органолептическом
исследовании характера интенсивно запахов воды при 20 и 60 оС . Характер и
интенсивность запаха определяют по предлагаемой методике
Характер и род запаха воды естественного происхождения
Характер запаха
Ароматический
Болотный
Гнилостный
Древесный
Землистый
Плесневый
Рыбный
Сероводородный
Травянистый
Неопределенный
Примерный род запаха
Огуречный, цветочный
Илистый, тинистый
Фекальный, сточной воды
Мокрой щепы, древесной коры
Прелый, свежевспаханной земли, глинистый
Затхлый, застойный
Рыбы, рыбьего жира
Тухлых яиц
Скошенной травы, сена
Не подходящий под предыдущие определения
Интенсивность запаха
Балл
0
1
Интенсивность запаха
–
Очень слабое
2
Слабое
3
Заметное
4
Отчетливое
Качественная характеристика
Отсутствие ощутимого запаха
Запах, не поддающийся обнаружению
потребителя, но обнаруживаемый в
лаборатории опытным исследователем
Запах, не привлекающий внимания
потребителя, но обнаруживаемый, если на него
обратить внимание
Запах, легко обнаруживаемый и дающий повод
относиться к воде с неодобрением
Запах, обращающий на себя внимание и
31
5
Очень сильное
делающий воду непригодной для питья
Запах настолько сильный, что вода становится
непригодной для питья
Запахи искусственного происхождения (от промышленных выбросов для
питьевой воды – от обработки воды реагентами на водопроводных
сооружениях и т.п.) называются по соответствующим веществам:
хлорфенольный, камфорный, бензиновый, хлорный и т.п.
Интенсивность запаха также оценивается при 20 и 60 оС по 5-балльной
системе согласно таблице.
Запах воды следует определять в помещении, в котором воздух не имеет
постороннего запаха. Желательно, чтобы характер и интенсивность запаха
определяли несколько исследователей.
Определение качества воды методами химического анализа
Водородный показатель (pH)
Питьевая вода должна нейтральную реакцию (pH около 7). Значение
pН воды водоемов хозяйственного, питьевого, культурно-бытового
назначения регламентируется в пределах 6,5-8,5.
Оценивать значения рН можно разными способами.
1. Приближенное значение рН определяют следующим образом. В
пробирку наливают 5 мл исследуемой воды, 0,1 мл универсального индикатора,
перемешивают и по окраске раствора определяют рН:
Розово-оранжевая – рН около 5;
Светло-желтая – 6;
Зеленовато-голубая – 8.
2. Можно определить рН с помощью универсальной индикаторной
бумаги, сравнивая ее окраску со шкалой.
3. Наиболее точно значение рН можно определить на рН-метре или
по шкале набора Алямовского
Жесткость воды
Различают общую, временную и постоянную жесткость воды. Общая
жесткость обусловлена главным образом присутствием растворимых
соединений кальция и магния в воде. Временная жесткость иначе называется
устранимой или карбонатной. Она обусловлена наличием гидрокарбонатов
кальция и магния. Постоянная (некарбонатная) жесткость вызвана
присутствием других растворимых солей кальция и магния.
Общая жесткость варьируется в широких пределах в зависимости от
типа пород и почв, а также от сезона года. Значение общей жесткости в
источниках централизованного водоснабжения допускается до 7 ммоль экв./л,
в отдельных случаях по
согласованию с органами санитарноэпидемилогической службы – до 10 ммоль экв./л.
При жесткости до 4 ммоль экв./л вода считается мягкой, 4 – 8 ммоль
экв./л – средней жесткости, 8 – 12 ммоль экв./л – жесткой, более 12 ммоль
экв./л – очень жесткой.
32
Методами химического анализа обычно определяют жесткость общую
(Жо) и карбонатную (Жк), а некарбонатную (Жн) рассчитывают как разность Жо
– Жк.
Определение карбонатной жесткости воды
Расчет концентрации карбонат- и гидрокарбонат- ионов
В склянку наливают 10 мл анализируемой воды, добавляют 5-6 капель
фенолфталеина. Если при этом окраска не появляется, то считается, что
карбонат-ионы в пробе отсутствуют. В случае возникновения розовой окраски
пробы титруют 0,05 н. раствором соляной кислоты до обесцвечивания.
Концентрацию карбонат-ионов рассчитывают по формуле
ck
V ( HCl ) 0,05 60 1000
V ( HCl ) 300
10
где ck – концентрация карбонат-иона, мг/л; V(HCl)- объем соляной кислоты,
израсходованный на титрования, мл.
Затем в той же пробе определяют концентрацию гидрокарбонатионов. К пробе добавить 1-2 капли метилового оранжевого. При этом проба
приобретает желтую окраску. Титруют пробу раствором 0,05 н. соляной
кислоты до перехода желтой окраски в розовую. Концентрацию гидрокарбонатионов рассчитывают по формуле
cГК
V ( HCl ) 0,05 61 1000
V ( HCl ) 305
10
где сГК – концентрация гидрокарбонат-иона, мг/л; V(HCl)- объем соляной
кислоты, израсходованный на титрования, мл.
Карбонатную жесткость Жк рассчитывают, суммируя значения
концентраций карбонат- и гидрокарбонат- ионов во формуле
Жк = ск 0,0333 + сгк 0,0164,
где 0,0333 и 0,0164 – коэффициенты, равные значениям, обратным
эквивалентным массам этих анионов.
Определение аммиака и ионов аммония
Определение аммиака и ионов аммония (качественная с приближенной
количественной оценкой). Предельно допустимая концентрация (ПДК) аммиака
и ионов аммония в воде водоемов 2 мг/л по азоту или 2,6 мг/л в виде иона
аммония.
В пробирку диаметром 13-14 мм наливают 10 мл исследуемой воды,
прибавляют 0,2-0,3 мл 30% - ного раствора сегнетовой соли и 0,2 мл реактива
Неслера. Через 10-15 мин проводят приближенное определение по табл. 4.
Определение нитратов и нитритов
Предельно допустимая концентрация (ПДК) нитритов ( NO2 ) в
питьевой воде водоемов составляет 3,3 мг/л, нитратов ( NO3 ) – 45 мг/л.
На часовое или предметное стекло помещают 3 капли раствора
дифениламина, приготовленного на концентрированной серной кислоте, и одну
две капли исследуемой воды. В присутствии нитрат- и нитрит- ионов
появляется синее окрашивание, интенсивность которого зависит от их
концентрации.
33
Ориентировочное суммарное содержание аммиака и ионов аммония в воде
сбоку
Нет
Нет
Окрашивание при рассмотрении
сверху
Аммиак и ионы аммония
мг азота/л
мг HN 4 / л
Нет
Чрезвычайно
желтоватое
слабо- Слабо-желтоватое
Чрезвычайно
желтоватое
Очень слабо-желтоватое
Слабо-желтоватое
Желтое
Мутноватое, резко-желтое
Интенсивно-бурое, раствор
мутный
0,04
слабо- 0,08
0,05
0,1
0,2
0,3
Желтоватое
0,47
0,5
Светло-желтое
Буровато-желтое
Бурое, раствор мутный
Бурое, раствор мутный
0,8
2,0
4,0
Более 10,0
1,0
2,5
5,0
Более 10,0
Определение хлоридов и сульфатов
Концентрация хлоридов в водоемах – источниках водоснабжения
допускается до 350 мг/л.
В водах рек северной части России хлоридов содержится обычно
немного, не более 10 мг/л, в южных районах – до десятков и сотен мг/л. Много
хлоридов попадает в водоемы со сбросами хозяйственно-бытовых и
промышленных сточных вод. Это показатель весьма важен при оценке
санитарного состояния водоема.
Качественное определение хлоридов с приближенной качественной
оценкой проводят следующим образом. В пробирку отбирают 5 мл
исследуемой воды и добавляют 3 капли 10 % -ного раствора нитрата серебра.
Приблизительное содержание хлоридов определяют по осадку или помутнению
(табл.5).
Качественное определение хлоридов проводят титрованием пробы
анализируемой воды нитратом серебра в присутствии хромата калия как
индикатора. Нитрат серебра дает с хлорид-ионами белый осадок, а с хроматом
калия – кирпично-красный осадок хромата серебра. Из образовавшегося
осадков меньшей растворимостью обладает хлорид серебра. Поэтому лишь
после того, как хлорид-ионы будут связаны, начинается образование хромата
серебра. Появление слабо оранжевой окраски свидетельствует о конце реакции.
Титрование можно проводить в нейтральной или слабо щелочной среде.
Кислую анализируемую воду нейтрализуют гидрокарбонатом натрия.
Определение содержания хлоридов
Осадок или помутнение
Опалесценция или слабая муть
Сильная муть
Образуются хлопья, но осаждаются не сразу
Белый объемистый осадок
Концентрация хлоридов, мг/л
1-10
10-50
50-100
более100
34
В коническую колбу помещают 100 мл воды, прибавляют 1 мл 5% ного раствора хромата калия и титруют 0,05 н.раствором нитрата серебра при
постоянном взбалтывании до появления слабо-красного окрашивания.
Содержание хлоридов (Х) в мг/л вычисляют по формуле
X
1,773 V 1000
,
100
где 1,773 – масса хлорид-ионов (мг), эквивалентная 1 мл точно 0,05 н.раствора
нитрата серебра, затраченного на титрование, мл.
Качественное определение сульфатов с приближенной количественной оценкой
проводят так. В пробирку вносят 10 мл исследуемой воды, 0,5 мл соляной
кислоты (1:5) и 2 мл 5%-ного раствора хлорида бария, перемешивают. По
характеру выпавшего осадка определяют ориентировочное содержание
сульфатов: при отсутствии мути концентрация сульфат-ионов не менее 5 мг/л;
при слабой мути, появляющейся не сразу, а через несколько минут, -5-10 мг/л;
при слабой мути, появляющейся сразу после добавления хлорида бария, -10-100
мг/л; сильная, быстро оседающая муть свидетельствует о достаточно высоком
содержании сульфат-ионов (более100 мг/л).
Определение остаточного хлора в водопроводной воде
Для обеспечения надежности обеззараживания воды необходимо,
чтобы после завершения процесса хлорирования в ней содержалось 0,3-0,5 мг/л
свободного остаточного хлора.
В коническую колбу вместимостью 500 мл наливают 250 мл
водопроводной воды (перед отбором пробы воды следует попускать ее из крана
длительное время), 10 мл буферного раствора с рН 406 и 5 мл 10%-ного
раствора иодида калия. Затем титруют выделившийся йод 0,005 н. раствором
тиосульфата натрия до бледно-желтой окраски, приливают 1 мл 1%-ного
раствора крахмала и титруют раствор до исчезновения синей окраски.
Содержание остаточного хлора в воде (Х) вычисляют по формуле
X
V1 K 0,177 1000
( мг / л)
V
где V1– объем 0,005 н. раствора тиосульфата натрия, израсходованного на
титрование, мл; К– поправка к концентрации тиосульфата; 0,177– масса
активного хлора, соответствующая 1 мл 0,005н. раствора тиосульфата натрия,
мг; V– объем воды, взятый для анализа, мл.
Приготовление буферного раствора. Для приготовления буферного
ацетатного раствора с рН 4,6 смешивают 102 мл 1М раствора уксусной кислоты
(60 г 100 %-ной кислоты в один литр воды) и 98 мл 1 М раствор ацетата натрия
(136,1 г кристаллической соли в 1 л воды) и доводят объем до 1л
прокипяченной дистиллированной водой.
Качественное обнаружение катионов тяжелых металлов
Обнаружение свинца
В пробирку с пробой воды вносят по 1 мг 50 %-ного раствора
уксусной кислоты и перемешивают. Добавляют по 0,5 мл 10 %-ного раствора
дихромата калия, при наличии в исследуемой пробе ионов свинца выпадает
желтый осадок хромата свинца. Пробирку встряхивают и через 10 минут
35
приступают к определению. Содержимое пробирки рассматривают сверху на
черном фоне, верхнюю часть пробирки до уровня жидкости прикрывают со
стороны света картоном.
Концентрацию свинца в анализируемой воде рассчитывают по
формуле
c a / V ( мг / л),
где a – содержание свинца в соответствующей пробирке шкалы, мг; V– объем
взятый на анализ воды, л.
Обнаружение железа
Предельно допустимая концентрация (ПДК) общего железа в воде
водоемов и питьевой воде составляет 0,3 мг/л, лимитирующий показатель
вредности органолептический.
Обнаружение общего железа.
В пробирку помещают 10 мл исследуемой воды, прибавляют 1 каплю
концентрированной азотной кислоты, несколько капель раствора пероксида
водорода и примерно 0,5 мл раствора роданида калия. При содержании железа
0,1 мг/л появляется розовое окрашивание, а при более высоком – красное.
Колориметрический экспресс-метод
1.Обнаружение железа(Ш)). К 5 мл исследуемой воды прибавляют 3
капли роданида аммония (или калия), перемешивают и сравнивают окраску
пробы со шкалой.
2.Обнаружение общего железа. К 5 мл исследуемой воды прибавляют
1 каплю бромного раствора и 3 капли раствора соляной кислоты. Через 5 мин
прибавляют 3 капли раствора роданида аммония (калия), перемешивают и
сравнивают со шкалой (табл. 6).
Шкала для определения железа
Fe, мг/л
Раствор 1,
мл
Раствор 2,
мл
Вода
0,1
1,0
0,2
1,7
0,4
3,2
0,6
4,7
0,8
6,2
1,0
7,8
1,2
9,2
1,4
10,4
1,6
11,6
0,7
1,7
3,4
5,1
7,0
9,0
11,1
13,7
16,3
До 50 мл
XI ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
Санитарные нормы показателей качества воды
Показатель
Ед.
измер.
Россия *
ЕЭС**
Показатели микробиологического загрязнения
Общее микробное число
кп/100 мп <50
-
Общие колиформные бактерии
кп/100 мп отс.
отс.
Органолептические свойства воды
36
Мутность
ед.ЕМФ
2,6
-
Цветность
градусы
20
-
Привкус
баллы
2
-
Запах 200С/600С
баллы
2
-
Водородный показатель (рН)
отн., ед.
6,0 - 9,0
6,5 - 9,5
Перманганатная окисляемость
мг О/л
5,0
5,0
Общая минерализация
мг/л
1000
-
Проводимость (электропроводность)
мкС/мс
-
2500
Жесткость общая
мг-экв/л
мг/л
7
350
1
50
Содержание алюминия
мг/л
0,5
0,2
Содержание аммония
мг/л
-
0,5
Содержание железа Fe общ
мг/л
0,3
0,2
Содержание марганца
мг/л
0,10
0,05
Содержание меди
мг/л
1,0
2,0
Содержание цинка
мг/л
5,0
-
Содержание никеля
мг/л
0,10
0,02
Содержание кобальта
мг/л
0,1
-
Содержание хрома Cr3+
мг/л
0,5
-
Содержание хрома Cr4+
мг/л
0,05
0,05
Содержание натрия
мг/л
200
200
Содержание кальция
мг/л
30 - 140
-
Содержание магния
мг/л
20 - 85
-
Содержание сульфатов
мг/л
500
250
Содержание хлоридов
мг/л
350
250
Содержание нитратов
мг/л
45
50
Содержание нитритов
мг/л
3,0
0,5
Содержание фосфатов (по РО43+)
мг/л
3,5
-
Содержание силикатов (активиров.)
мг Si / л
10
-
Содержание фторидов
мг/л
1,5
1,5
Содержание гидросульфидов
мг/л
3,0
-
Содержание сероводорода
мг/л
0,003
0,001
Содержание бикарбонатов
мг/л
400
-
Содержание остатков свободного хлора мг/л
мг/л
0,3 - 0,5
-
Обобщённые показатели
Показатели химического состава
37
* - СанПиН 2.1.4.559-96
** - Директива Совета Европейского Союза 98/83/ЕС по качеству воды,
предназначенной для потребления человеком
АНАЛИЗ КАЧЕСТВА ВОДЫ
В 2004 году группой учеников 9 класса школы № 8 под
руководством учителя химии Ивановой Светланы Евгеньевны был проведен
анализ качества воды в реке Волхов и питьевой воды в городе. Полученные
результаты представлены в таблице.
На практических занятиях факультатива по химии в школе №8 была
исследована вода, взятая из разных источников: вода из колодца, речная вода,
взятая в парке и около очистных сооружений, водопроводная воду из
XII
Что
определяется
Колодезная
вода
Вода из
Речная
Речная вода (у
больницы
вода (из
очистных сооружений)
парка)
1. Цветность
СветлоЖелтов
Желтов
(Б/Ц, светло-бурый, коричневый
атый
атый
желтоватый и т.д.)
2.
Запах
Неопределён
0
Запах
(ароматический,
ный; 1
сырой воды
болотный,
гнилостный,
древесный,
землистый, рыбный
и др.)
О-не ощущается,
1-очень слабый,
2-слабый,
3-заметный,
4-отчётливый,
5-очень сильный
3 Определение
Нейтральная
Слабо
РН = 4
среды и
кислая
главнейших
примесей воды. 3.1
реакция среды
3.2 С1- (доб. AgNO3)
+
+
+
23.3
SO4
(доб.
+
+
+
ВаСL2)
3.4 Fe2+; Fe3+ (доб.
+
+
+
HNO3(K),
затем,
KCNS)
Желтоватый
Илистый
РН = 4
+
+
+
больницы, сравнивали с дистиллированной водой, взятой из аптеки.
Анализировали качество воды по следующим показателям: цветность, запах,
прозрачность, реакция среды, содержание ионов хлора (CL-), сульфат ионов
(SO42-), ионов железа (Fe2+, Fe3*).
Результаты показали, что все воды имеют цвет светло-коричневый или
38
желтоватый, следовательно, содержат ионы железа, что подтверждалось
качественными реакциями. Среда в растворах была разная.
Если рН-водородный показатель равен 7, то среда нейтральная, если
меньше 7-кислая, >7-щелочная среда. В речной воде, взятой у очистных
сооружений, рН=3-4-то есть кислая среда. Допустимые уровни рН 6-9. В
остальных водах рН в норме. Все воды содержат хлорид ионы, сульфат ионы.
Более глубокий анализ воды в городе Волхове проводится в СЭС
Оказывается, в воде может быть растворено до 980 наименований веществ.
Для их распознавания используются следующие методы:
I.
Фотокалориметрия - распознаёт концентрацию и содержание
определённых веществ по цвету, сравнивая его с эталоном.
П. Объёмный или (титрометрический метод)
III. Весовой метод. Содержание примесей в воде определяется
с помощью специальных весов с точностью до 0,01г. А есть весы, где с
точностью до 5-го знака после запятой.
IV. Патенциометрический
метод-(иономер)-где
специальные
мембраны или пористые материалы отбирают определённые ионы.
V.
Инверсионная
вольт-амперометрия.
Аппарат,
который
работает с помощью компьютера, на котором определяется наличие редких
элементов: As, Zn, Cu, Cd, Co, Pb (мышьяк, цинк, медь, кадмий, кобальт,
свинец).
С помощью фотокалориметрии нам определили содержание железа в
воде, взятой из больницы. Она оказалась равной 5,77 мг/л, при допустимой
концентрации не более 0,3 мг/л. Для того чтобы сберечь своё здоровье надо
пить очищенную воду.
XIII ИСТОЧНИКИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ.
Теперь давайте разберемся, откуда собственно берется та вода, которая
поступает к нам в дом. и которую мы пьем, т.е. поближе познакомимся с
источниками водоснабжения.
Атмосферные воды.
Это та вода, которая поступает с осадками (снег и дождевая вода). Для
водоснабжения она используется крайне редко, пожалуй, только на юге и на
Крайнем Севере. Однако и в средних широтах существуют люди, которые
собирают дождевую воду для питья и приготовления пищи, считая ее особенно
чистой и полезной. Хочется обратить внимание читателей, что чистота
дождевой воды это миф. При прохождении через толщу воздуха атмосферная
вода растворяет газы, входящие в его состав, захватывает пылевые частицы и
другие аэрозоли, обогащается микроорганизмами.
Наибольшее содержание различных примесей в атмосферной воде
наблюдается в засушливых районах, а также в зоне промышленных городов,
воздух которых обычно загрязнен как химическими веществами, так и
микроорганизмами. В некоторых случаях атмосферная вода в городах содержит
свыше 450 мг/л взвешенных и растворенных веществ. При этом основным
39
ингредиентом, как правило является ион серной кислоты (SO42-).
Поверхностные (наземные) воды
К поверхностным относятся воды океанов, морей, озер, рек, ручьев,
прудов и т.д. На сегодняшний день это основной источник водоснабжения
городов и. к сожалению, не самый лучший. Эта вода вбирает в себя все виды
поверхностных
загрязнений,
химические
выбросы,
патогенные
микроорганизмы - в общем все, что приносит с собой хозяйственная и
промышленная деятельность человека. Затем часть этих загрязнений
осаждается, часть разбавляется, что-то реагирует между собой. А потом весь
этот химический бульон попадает в водозаборные сооружения. Конечно, часть
вредных примесей удаляется при очистке в очистных сооружениях или их
содержание теми или иными способами доводится до концентраций,
разрешенных санитарными нормами. Но это только в идеальных случаях. К
сожалению, у нас в стране выделяется слишком мало средств на оснащение и
поддержание работоспособности очистных сооружений. Так что в
реальности, станции уже давно не справляются с возрастающими
требованиями, которые к ним предъявляются.
Подземные воды
Подземные воды пропитывают толщу земной коры примерно до
глубины 13-14 км, заполняй поры, трещины и пустоты в виде тончайших
пленок, капель, стр\й и даже потоков. Подземные воды чаще всего бывают
доброкачественными. Располагаясь на глубине, они меньше загрязняются
различного рода нечистотами, хотя и не гарантируют их полное
отсутствие.
Следует отметить, что область питания водоисточника может находиться
за десятки и сотни километров от точки водозабора. Подземные воды делят на
грунтовые и межпластовые.
Грунтовые воды залегают на первом водоупорном слое. Образуются
они в результате фильтрации через почву и грунт атмосферных и
поверхностных вод. Эта вода используется большинством сельского населения,
жителями небольших городов. Почвы этих населенных пунктов, будучи, как
правило, загрязнены органическими веществами животного происхождения и
микробами, соответственно загрязняют ими и воду. Конечно, почвенная вода,
фильтруясь через грунт, оставляет в нем некоторые растворенные вещества,
в частности, постепенно освобождается от органических соединений,
микроорганизмов и коллоидных частиц и обогащается минеральными
веществами. Однако действительно хорошего качества очистки следует
ожидать 'только при большой глубине залегания первого водоупорного слоя и
при хорошей фильтрующей способности пород. К примеру, при наилучших
условиях, от бактерий (а они являются довольно крупноразмерными
примесями) вода освобождается только к глубине в 6 м.
Наиболее надежными с гигиенической точки зрения являются
глубокие межпластовые воды. Залегают они в водопроницаемых породах, ниже
первого водоупорного слоя, образуя несколько горизонтов, перекрытых сверху и
подстилаемых снизу водоупорными слоями. Питание этих вод происходит за
40
десятки и сотни километров от места накопления. Вследствие наклона
подстилающих водоупорных слоев вода движется от области питания,
освобождаясь от взвешенных частиц, бактерий и обогащаясь
минеральными веществами и зачастую радиоактивным газом - радоном (о
нем речь пойдет в разделе о вредных примесях). Хотя и здесь многое зависит от
состава и характера водоносных пород. Наклонное расположение водоносных
слоев обусловливает наличие гидростатического давления воды,
заключенной между водоупорными пластами, поэтому при выходе на
поверхность через скважины вода можс1 подниматься выше уровня поверхности
земли, нередко образуя фонтан. Такую воду называют артезианской по имени
французской провинции Артуа, носившей в древности название Артезия, где в
XII веке была впервые в Европе получена фонтанирующая вода.
Примеси воды под вооруженным взглядом.
Единственной примесью, которую хотелось бы сохранить, являются
растворенные в воде газы. Во многом они придают воде приятный освежающий
вкус, и именно из-за их отсутствия в дистиллированной воде она совершенно
безвкусна. С другой стороны, дистиллированная вода позволяет почувствовать
истинный вкус чая или кофе, что понравиться гурманам. Кроме того, отсутствие
примесей в -такой воде повышают способность к экстрагированию веществ, что
также положительно сказывается при приготовлении отваров, напитков, супов
и т.п.
А теперь давайте попробуем классифицировать все примеси в воде с 'точки
зрения полезности или вреда для организма человека. Современная гигиена
делит их на три больших группы :
1.вещества, имеющие положительное физиологическое значение;
2. вещества, обладающие токсическими свойствами;
3. вещества индифферентные.
Несколько особняком стоит еще один тип загрязнений. Это
бактериальные загрязнения воды.
1 .Вещества, имеющие положительное физиологическое значение.
В эту группу следует отнести кальций и магний, а также большое
число веществ, относящихся к так называемым микроэлементам. При этом
значение воды в обеспечении микроэлементами выяснено лишь относительно
йода и фтора. Что касается железа, меди, цинка и других микроэлементов, то их
рассматривают как нежелательные ингредиенты природной воды.
Кальций. Чаще всего в воде присутствуют соли кальция природного
происхождения, хотя не исключено попадание их с промышленными стоками.
Положительную роль в кальциевом балансе в организме соли кальция могут
играть только при несбалансированном питании. В сутки организму
необходимо около 800 мг кальция, поэтому для того, чтобы покрыть эту
потребность только за счет воды, потребуется выпить 8 литров при
максимальной допустимой концентрацией кальция в ней (ПДК 100 мг/л). Таким
образом, при употреблении 1.2 л (именно столько воды необходимо человеку в
сутки в виде жидкости) - можно получить не больше 15% от нормы. Такое же
количество кальция можно получить, съев 12 г твердого сыра, или 75 г творога
41
или 75 г кураги, или выпив 700 мл молока. Как видите, не сложно обеспечить
наш организм этим элементом, просто более полноценно питаясь. А уже
окончательное решение о том. что лучше - добавить в свой рацион немного
продуктов, употребляя чистую и безопасную воду, или получать кальций и
другие микроэлементы из воды, одновременно подвергая себя риску за вами.
Но соли кальция имеют еще одну неприятную особенность, о которой нельзя не
упомянуть в этом обзоре. Это способность некоторых растворимых солей
переходить в нерастворимые при нагревании.
При этом гидрокарбонатные соли кальция (также, как и магния)
разлагаются с образованием воды, углекислого газа и нерастворимого карбоната
кальция. Так образуется накипь. которая досрочно выводит из строя
нагревательные элементы, начиная от чайников и тэнов стиральных машин и
заканчивая котлами котельных. Кроме того, растворенный в воде кальций
способен вступать в химические реакции со многими моющими средствами,
нейтрализуя их и образуя нерастворимые соединения. А это в свою очередь
приводит к увеличению расхода стиральных порошков. Вывод: соли кальция,
являясь потенциально полезными для здоровья, могут приносить
значительным материальный ущерб и неудобства. Если вы пользуетесь
муниципальной
системой
водоснабжения,
то
трудно
обеспечить
декальцинирование всей используемой воды, но использование небольших
систем (к примеру, обратноосмотических) не только допустимо, но и желательно
при условии полноценного питания, а если у вас собственная скважина, то
удаление кальция из всей поступающей в дом воды (умягчение) является
вполне оправданным шагом. Впрочем, о различных методах и системах
очистки воды мы поговорим чуть позже.
Йод. В природных пресных водах содержится в очень незначительных
количествах, около 0,003 - 0,0089 мг/л, в морских 0,05 мг/л. Специальных
норм содержания йода в питьевых водах нет. По некоторым данным низкая
концентрация йода в воде может приводить к заболеваниям щитовидной
железы. Но этот недостаток легко может коррегироваться пищей или
употреблением специальной иодированной соли. В сутки человеку требуется
примерно 0.1 мг. Если представить что мы пьем воду с максимальным
содержанием йода (0.05 мг/л - гипотетический случай), то для покрытия нужд
требуется выпить около 2-х литров такой воды. А для того чтобы обеспечить себе
поступление йода взамен потерянного при очистке, достаточно съесть 6 г
морской капусты, или 7.5 г печени трески, или 37-5 г хека или 40 г минтая. Но
проще всего восполнить потенциальный недостаток поступления йода в
организм - регулярно принимать качественные витаминно-минеральные
препараты. К примеру, в одной таблетке качественных поливитаминов
содержится около 0.15 мг йода, что составляет полторы необходимые суточные
дозы, т.е. создает небольшой запас, и вместе с тем, не приводит к
передозировке даже при длительном ежедневном приеме.
Фтор. Содержание этого элемента в природных водах колеблется от
сотых долей миллиграмма в 1л до 5.0 и даже 12 мг/л. В подземных водах его
больше, чем в поверхностных. В больших количествах фтор встречается в
42
водах, добываемых в местностях, располагающих залежами фторапатитов.
Кроме того, особенно в открытые водоемы, фтор может попадать с
промышленными сточными водами.
Значение фтора для организма человека определяется его влиянием на
формирование костей и в первую очередь - зубов. Содержание его в питьевой
воде более 1,5 мг/л может вызывать заболевание, называемое флюорозом,
внешним проявлением которого является пятнистость эмали зубов. При
использовании воды, содержащей свыше 5 мг/л фтора, наблюдается флюороз
скелета (остеофлюороз).
Недостаточное содержание этого микроэлемента в воде (меньше 0.5 мг/л)
также нежелательно, так как способствует возникновению кариеса зубов.
Механизм
действия
фтора
на
зубы
объясняется
образованием более прочного и кислотоустойчивого фторапатита из
гидроксиапатита, входящего в состав эмали зуба. Как показали исследования
Скотта, Пикара и Др., замещение гидроксильной группы на фтор в
кристаллической решетке гидроксиапатита может осуществляться и при
местом воздействии (например, при использовании зубных паст,
содержащих фтор). Кроме того, полностью восполнить фтор, потерянный
при качественной очистке воды, можно съев 129 г скумбрии, или 258 г минтая
или 263 г грецких орехов.
Медь. В природных водах содержание этого элемента относительно
невелико (0,02 - 0,4 мг/л), но может значительно увеличиваться за счет
промышленных сточных вод. Медь положительно влияет на многие процессы в
организме человека, поэтому присутствие ее, если она природного
происхождения, в определенных концентрациях в воде допустимо.
В сутки человеку требуется примерно 2 мг меди и с водой может быть
получено не больше 60 % от этого количества. При этом компенсировать потери
меди при очистке воды можно съев 32 г говяжьей печени, или 40 г свиной
печени или 160 г гороха. Но опять же проще всего компенсировать
возможный недостаток регулярно употребляя витаминно-минеральные
комплексы. Одна таблетка препарата содержит около 2 мг меди, т.е.
суточную норму.
Железо. Железо является истинным биоэлементом. В природных и в
особенности в подземных водах встречается довольно часто, достигая в
отдельных случаях 70 мг/л. Повышенное содержание железа в воде ведет к
уменьшению прозрачности, появлению желто-бурой окраски и неприятного
вяжущего привкуса воды.
В сутки человеку требуется около 10 мг железа, и, так как в
водопроводной воде допускается его присутствие не больше 0,3 мг/л,
необходимо выпивать в сутки около 33 литров жидкости, чтобы полностью
восполнить эту потребность. Так что в реальной жизни мы получаем из воды
не больше 3,6% суточной нормы. Восполнить эти потери проще простого, съев
1,8 г свиной печени, или 18 г абрикоса, или 12 г айвы, или, наконец, 19 г
петрушки. В поливитаминах содержится около 14 мг железа в одной таблетке,
т.е. полностью перекрывает суточную норму взрослого человека.
43
2. Вещества, оказывающие токсическое действие.
В эту группу входят вещества, присутствие которых в питьевой воде
недопустимо или крайне не желательно. Подавляющее большинство их
попадает в воду с различными бытовыми или промышленными стоками.
В настоящее время во внешнюю среду выбрасывается множество
различных химических соединений, значительная часть которых рано или
поздно попадает в водоисточники. Особенно опасным является присутствие
в воде плохо поддающихся разрушению или неразрушающихся веществ,
обладающих токсическими свойствами .К их числу относятся многие металлы и
металлоиды (свинец, ртуть, мышьяк, фтор, бор, бериллий, кадмий, хром,
никель, ванадий, селен и др.), некоторые органические и неорганические
соединения
(пестициды, смолы, детергенты, фенолы и их производные, производные
анилина, цианиды и т.п.), радиоактивные вещества и т.д. В этом обзоре
невозможно подробно рассказать про все возможные вещества, способные
навредить нашему здоровью и, в конечном счете, сократить жизнь.
Остановимся лишь
на некоторых
из них.
Свинец. Содержание этого металла в природных водах очень невелико,
примерно 0,005 мг/л. С промышленными сточными водами могут поступать
значительные количества свинца в виде хорошо растворимых солей азотной,
хлористо-водородной и серной кислот, а также окиси свинца - РЬО.
Свинец относится к высокотоксичным ядам, способным накапливаться в
организме в течение длительного периода времени (кумулятивные свойства).
Он поражает центральную нервную систему, систему кроветворения,
желудочно-кишечный тракт, ферментные системы и гормоны.
Ртуть. В чистых натуральных природных водах ртуть и ее соединения не
встречаются. Однако вследствие широкого применения соединений ртути в
промышленности и в сельском хозяйстве это вещество нередко
обнаруживается, особенно в открытых водоемах. Токсичность ее
исключительно велика. Как и свинец, она способна к кумуляции (накоплению в
организме) и обладает способностью поражать центральную нервную систему,
почки, печень и кроветворные органы.
Хром. Концентрация этого вещества в природных водах невелика - от
0,0009 до 0,002 мг/л. Увеличение количества хрома чаще всего связано с
загрязнением сточными водами металлургических, кожевенных, текстильных,
бумажных и других предприятий. Соединения шестивалентного хрома
обладают выраженным токсическим свойством. Двух- и трехвалентные
соединения несколько менее токсичны.
Фенолы. В природных водах фенолы, как правило, не встречаются,
поэтому обнаружение их в воде свидетельствует о попадании в нее
промышленных стоков. Хотя токсичность фенолов не очень велика, они
способны даже при небольшой концентрации резко ухудшать
органолептические свойства воды. При хлорировании воды из фенолов
образуются хлорфенолы, которые обладают более сильным неприятным
запахом, который начинает ощущаться уже при наличии тысячных долей
44
миллиграмма этого соединения в литре. Кроме того, хлорфенолы обладают
большими токсическимии тератогенными свойствами.
Нефть и нефтепродукты. Попадают в водоемы со стоками
нефтеперерабатывающих заводов, а также со всех видов транспорта,
работающего на нефтепродуктах или перевозящего нефть. Токсичность нефти
и нефтепродуктов при поступлении через рот невелика, но установлено,
что нефтепродукты содержат канцерогенные вещества, которые оказывают
отсроченное действие, накапливаясь в организме.
Нитраты (ионы азотной кислоты) Современные исследования
выявили, что нитраты, поступающие в организм с питьевой водой, способны
вступать в химическую реакцию с гемоглобином крови с образованием
метгемоглобина, который не способен переносить кислород. Особенно
опасны нитраты для детей младшего возраста, активный рост которых
требует достаточного снабжения тканей организма кислородом.
Основными симптомами отравления являются одышка, изменение цвета
кожных покровов (цианоз), отставание развития и роста ребенка. Но и взрослые
отнюдь не находятся в безопасности, хотя симптомы могут быть менее
выраженными. Существует так называемая бессимптомная и стертая
формы метгемоглобинемии (повышенное содержание метгемоглобина в
крови). Единственными признаками этих форм могут быть слабость,
недомогание, бледность кожных покровов.
Радиоактивные вещества. Все природные воды содержат в
небольшом количестве радиоактивные вещества, из которых основными
являются радий, уран, торий и калий-40, но их суммарная естественная
радиоактивность очень мала. Однако в последнее время наблюдается все
больше зон, имеющих повышенную радиоактивность, вызванную
антропогенными факторами. При этом основными носителями этой
радиоактивности выступают изотопы с небольшим периодом полураспада.
Это Стронций-90, Цезий-137, Церий-144, Хлор-36. В окружающую природу
они поступают в основном в процессе производства и испытания ядерного
оружия, из атомных электростанций, при авариях, при производстве и
испытании приборов, содержащих радиоактивные изотопы, а также в случаях
неправильной их утилизации.
Наиболее опасной особенностью радиоактивных изотопов является то, что
они по химическим и физическим свойствам не отличаются от своих
безопасных собратьев. Это позволяет им встраиваться в биологические
цепочки, накапливаться в организме, исподволь разрушая его.
Наверное, одним из наиболее опасных изотопов является стронций-90
(Sr-90), имеющий химическое сродство с кальцием, а значит и способность
откладываться в костных тканях животных и человека.
Отдельно хотелось бы выделить такой радиоактивный изотоп как Радон222. Это радиоактивный природный газ, абсолютно прозрачный, не имеющий
ни запаха, ни вкуса. При этом именно он является источником примерно 30%
от всей радиации, получаемой человеком при жизни. Наличие этого газа не
определяется обычными методами, и для определения его концентрации
45
необходимо использовать специальное оборудование.
Радон образуется в недрах Земли в результате распада урана, который в
незначительных количествах входит в состав практически всех грунтов и
горных пород. Особенно велико содержание урана в гранитных породах.
Радон постепенно просачивается из недр на поверхность, где сразу
рассеивается в воздухе, в результате чего его концентрация остается ничтожной
и не представляет опасности.
Так почему же тогда мы уделяем здесь радону особенное внимание?
Оказывается, недостаточный воздухообмен, например, в домах или других
помещениях, приводит к накоплению этого газа до опасных концентраций.
Так как радон попадает в здания из земли, то на западе при строительстве
фундаментов в «радоноопасных» районах широко применяют специальные
защитные мембраны, препятствующие просачиванию радона. Но этот опасный
газ может проникать в наши дома и другим путем, при том наверное даже
более опасным. Этим путем является скваженная вода. При всей
привлекательности использования скваженной воды для водоснабжения
домов (а иногда скваженная вода используется и в муниципальных
системах), она таит в себе эту скрытую опасность. Радон очень хорошо
растворим в воде и при контакте подземных вод с радоном, они быстро
насыщаются им. Затем, поступая в дома, этот газ также легко покидает воду и
насыщает воздух на кухнях и в ванных комнатах. К примеру, при приеме душа
(т.е. когда из-за разбрызгивания воды идет активный газообмен с воздухом)
к о н ц е н тр а ц и я р а д о н а м о ж е т ув е ли ч и в а т ьс я в д е с я тк и и д а ж е
с о тн и р а з .
XIV ПРОМЫШЛЕННАЯ ОЧИСТКА ВОДЫ
Сколько труда надо затратить для очистки воды, чтобы можно было открыть
водопроводный кран и без риска для здоровья просто выпить стакан воды?
Очистка речной воды включает несколько стадий:
удаление
грубодисперсных
веществ
(отстаивание,
фильтрация);
коагулирование – укрупнение частиц с целью ускорить их осаждение
(удаление мелкодисперсной взвеси);
обеззараживание с целью удалить патогенные микроорганизмы
(хлорирование, озонирование, применение ионов серебра); стабилизация
воды (удаление веществ, вызывающих коррозию металла и бетона);
дегазация (удаление углекислого газа, кислорода, сероводорода);
дезодорация (удаление запахов);
умягчение и обессоливание; перевод временной жесткости в постоянную;
опреснение (дистилляция, вымораживание, ионнообменный метод);
корректирование содержания железа, марганца, кремниевой кислоты;
очистка от радиоактивных веществ.
Такую очистку проходит вода, которую используют для хозяйственных нужд и
питья. Для промышленных целей необязательна такая степень очистки. Однако
46
очень важно, чтобы сточные воды любого предприятия не наносили вреда
окружающей среде.
Наиболее эффективный путь защиты водоемов от загрязнения –
безотходное производство, когда отходы одной ступени производства
используются как сырье для другой. Однако пока не существует универсальной
бессточной системы, пригодной для различных отраслей народного хозяйства.
Наибольшее распространение получила очистка сточных вод, из которых,
используя современные методы, можно удалить различные примеси на 95–96%.
Часто этого недостаточно, но для дальнейшей очистки воды необходимо
строить дорогие очистные сооружения, что экономически невыгодно. Сточные
воды многих предприятий сложно, дорого, а иногда невозможно очистить до
такой степени, чтобы они стали безвредными для растений, животных и
человека, поэтому их очищают частично и используют в замкнутых оборотных
системах, как показано на схеме (рис. 3).
Рис. 3
Оборотное водоснабжение с
повторным использованием
очищенных сточных вод:
1 – дозатор;
2 – фильтровальная и насосная
станции;
3 – градирни для охлаждения
оборотной
воды атмосферным воздухом;
4 – станция очистки сточных
вод;
5 – станция биохимической
очистки;
6 – отстойники
На этой схеме (см. рис. 3) показана станция очистки сточных вод (поз. 4).
В зависимости от степени и характера загрязнения используют различные
методы очистки сточных вод: механические, химические и биологические.
Механические методы – удаление грубых примесей осуществляется с
помощью решеток, сит, фильтров, отстойников, нефтеловушек. Таким образом
удается избавиться от нерастворимых примесей из бытовых стоков – до 60%, из
промышленных – до 95%.
Химические методы – добавление реагентов для образования осадков из
растворов.
Биологические методы бывают двух видов.
В искусственных условиях – это биофильтры, состоящие из кирпича или бетона
(главное – пористость материала). На них нанесена пленка из бактерий и
47
простейших, которые в процессе жизнедеятельности поедают и разлагают
органические вещества.
В естественных условиях – это специальные поля орошения или поля
фильтрации. Создается сеть каналов и площадок, окруженных земляными
валами. Каналы и площадки периодически заполняются сточными водами. Под
действием солнечного света, воздуха, микроорганизмов воды очищаются и
просачиваются в грунт. На поверхности площадок образуется перегной. Через
несколько лет после прекращения слива сточных вод поля фильтрации
используют для выращивания трав, кормов, овощей.
Рис.4 Очистные сооружения
48
XV
БЫТОВАЯ ОЧИСТКА ВОДЫ
Нашему телу не все равно, чем мы его напоим. Водой вполне можно
отравиться. Правда, скажется это не на следующий день, а спустя годы. Зато
водное отравление куда страшнее пищевого. Вода из- под крана содержит в
себе разные вредные вещества, которые накапливаются в организме и
медленно убивают нас. По данным Всемирной организации здравоохранения,
употребление загрязненной воды вызывают около 80% всех заболеваний,
прежде всего органов пищеварения и почек.
Домашнюю экспертизу отбросим сразу - потребуются специальные
оборудование и реагенты, которые в хозяйственных магазинах не продаются.
Сделать анализ воды можно в местной санэпидемстанции, в ближайшем
отделении «Водоканала».
Во-первых, можно вообще не открывать кран. Пить и использовать для
приготовления пищи только очищенную бутилированную воду, как это делают
за рубежом. И Вы всегда будете иметь, свежую чистую натуральную воду.
Во-вторых, можно очищать воду разными способами.
Способ
очистки
Кипячение
воды
Погибают бактерии, но
не вирусы
Отстаивание
воды
Хлор
выветривается,
оседает на дно
Фильтрован
ие
Преимущества
песок
Задерживают
загрязнители
в
зависимости от марки
фильтра
Недостатки
Ядовитые примеси - соли
тяжелых металлов, пестициды
остаются.
Вода
теряет
необходимый
организму
кислород, разрушаются полезные
вещества - соли кальция, магния
(они остаются в виде накипи).
Пестициды растворены в
воде
и
убираются
только
химическим
путем.
При
малейшем взбалтывании взвесь
поднимается со дна.
Сложно
определить
момент
исчерпания картриджем своей
грязеёмкости, а накапливаемые в
объеме
картриджа
грязевые
отложения
могут
служить
хорошей питательной средой для
болезнетворных
микроорганизмов.
Для полной очистки воды необходимы разные фильтры. И их количество,
и объемы зависят от загрязненности исходной воды.
49
XVI СПОСОБЫ ФИЛЬТРАЦИИ ВОДЫ
Фильтры
Механически
е
Мембранные
(обратный осмос)
Преимущества
Недостатки
Осуществляют
Задерживают
только
крупные частицы
предварительную
очистку
Употребление
Получают
воду
такой
воды
долго
близкой
вредно , т.к. соли
к
вымываются
из
дистиллированной
организма
Плохо
Удаляют органику, справляется
с
Угольные
улучшают вкус
тяжелыми
металлами
Уничтожают
Требует
Электрохими
вирусы,
бактерии, электропитание, плохо
ческие
частично
удаляют справляется
с
органику
тяжелыми металлами
С химическими
Ультрафиолет
Убивают бактерии загрязнителями
не
овые стерилизаторы
справляются
Испытания бытовых водоочистительных устройств по эффективности
очистки воды от органических примесей и от токсичных металлов,
проведенные в условиях, максимально приближенных к требованиям
международного стандарта NSF-1994 показали: функциональные показатели
(ресурс и эффективность очистки) заявляемые производителями бытовых
фильтров, в ряде случаев не соответствуют действительности.
Учитывая, что вода практически всех водопроводов России содержит
галогеноорганические вещества и токсичные металлы, можно сделать вывод о
нецелесообразности использования импортных бытовых очистительных
устройств. Импортные бытовые фильтры, реально очищающие воду, имеют
стоимость от 2000 долларов, сменные картриджи быстро выходят из строя,
так как рассчитаны на импортные водопроводные сети и стоят от 900
рублей. А использование для очистки воды комплексных фильтров в бытовых
условиях затруднено размещением в квартирах и офисах в виду громоздкости
оборудования. Поэтому наилучшим способом употребления чистой воды в
быту рекомендовано использование бутилированной натуральной воды.
В нашем регионе единственной таковой является вода «Шапшык». Вода,
сохранившая силу природы, безопасная для питья, полностью удовлетворит
Ваш организм в потребности всех жизненно необходимых веществах для
организма.
50
Обзор методов очистки воды
Пришло время описать существующие методы очистки воды, сравнить их
между собой и выбрать наиболее оптимальный для наших условий. Собственно
говоря, все методы обработки воды можно разделить на две группы:
1. обеззараживание воды.
2. опреснение воды.
Обеззараживание воды.
Обеззараживание
воды - процесс дезинфекции, в ходе которого
происходит уничтожение микроорганизмов. Существуют несколько методов
обеззараживания воды:
Хлорирование воды
Это один из наиболее часто используемых в пашей стране методов
обеззараживания воды, применяемый на водопроводных станциях. При этом
производится обработка воды хлором", что приводит к разрушению многих
органических примесей и гибели микроорганизмов. Иногда хлорирование воды
приводит к образованию сильно пахнущих хлорпроизводных продуктов
распада. Особенно устойчивыми и неприятными являются запахи,
возникающие при содержании в обрабатываемой воде фенолов. Со временем
эти запахи усиливаются не исчезают при нагревании.
Но самое плохое, что может происходить при хлорировании воды, это
даже не запах. Самое плохое это то, что в процессе обработки происходит
недостаточно глубокое разложение органических веществ и возможен
непроизвольный синтез новых, даже более токсичных веществ, чем исходные
(например, хлорфенолов, хлораминов и др.). При этом следует учитывать и тот
факт, что при хлорировании нельзя добиться полной стерилизации и в воде
могут оставаться единичные сохраняющие жизнеспособность микроорганизмы.
Отмечены случаи, когда содержание в питьевой воде канцерогенных и
других вредных веществ, которые образуются в процессе хлорирования,
приводили к 8 10-кратному превышению их предельных концентраций.
Озонирование воды. Это более высокотехнологичный способ
обработки воды, распространенный в развитых странах. Бактерицидное
действие озона связано с активным проникновением этой химически
активной формы кислорода через клеточные мембраны и последующим
окислением органических веществ, что и вызывает гибель бактериальной клетки.
Наряду с обеззараживанием, озонирование приводит к улучшению вкуса,
уничтожению запахов воды.
Обеззараживание воды серебром. Бактерицидное действие серебра
известно уже давно. Оно связано с процессом соединения ионов серебра с
ферментными системами и оболочкой бактерий.
Однако, если посмотреть повнимательнее на проблемы, связанные с этим
методом дезинфекции, не все выглядит таким радужным, как это пытаются
преподнести различные производители в своей рекламе. Не следует забывать
что
серебро
тяжелый
металл,
имеющий
высокую
степень
опасности для здоровья (в одном ряду со свинцом, кобальтом, мышьяком
и другими веществами). Как и другие тяжелые металлы, серебро способно
51
накапливаться в организме и вызывать заболевания (аргироз - отравление
серебром). Кроме того, для бактерицидного действия серебра на бактерии
требуются достаточно большие концентрации, а в допустимых количествах
(около 50 мкг/л) оно способно оказывать лишь бактериостатическое
действие,т.е.останавливать рост бактерий, не убивая их. А некоторые виды
бактерий вообще практически не чувствительны к серебру.
Все эти свойства ограничивают применение серебра. Оно может быть
уместно только в целях сохранения исходно чистой воды .для длительного
хранения (например, на космических кораблях). Часто используются
серебрение фильтров на основе активированного угля. Это делается с целью
предотвратить обрастание фильтра микроорганизмами, т.к. отфильтрованные
органические вещества являются хорошей питательной средой для
многих бактерий.
Обеззараживание воды ультрафиолетовыми лучами. Данный метод
основан на способности ультрафиолетового излучения с определенной
длиной волны губительно действовать на ферментные системы бактерий,
вызывая их гибель. Качественной особенностью этого метода является то. что
не происходит введения никаких химических соединений, а значит, вода не
меняет своих физических, химических и вкусовых свойств. В качестве источника
излучения используются ртутные лампы, изготовленные из кварцевого песка.
Метод не требует сложного оборудования и легко может применяться, в
бытовых комплексах водоподготовки в частных домах.
Ультразвуковая обработка воды. Колебания среды с частотами,
превышающими
20000Гц,
называются
ультразвуковыми.
При
распространении ультразвука в воде, вокруг объектов, находящихся в ней и
имеющих другую плотность, возникают микроскопические области очень
высокого давления (десятки тысяч атмосфер), сменяющегося
высоким
разрежением. Это явление называют ультразвуковой кавитацией. Никакой
микроорганизм не способен выдержать такие воздействия и происходит
механическое разрушение бактерий.
В настоящее время этот способ еще не нашел достаточного применения в
системах очистки воды, а в медицине он широко используется для
дезинфекции инструментария и в так называемых ультразвуковых мойках.
Йодирование воды. Это метод дезинфекции, при котором
применяются йодсодержащие соединения. Как бактерицидный агент, йод
известен довольно давно и широко применяется в медицине. Сложности
связаны с низкой растворимостью йода в воде, поэтому чаще всего
используются его органические соединения.
Йодированием часто дезинфицируют воду в плавательных бассейнах.
Существуют ряд препаратов (т.н. йодные таблетки), используемые для
индивидуальной дезинфекции воды в походных условиях. По некоторым
оценкам это наиболее эффективные средства обеззараживания малых объемов
воды в полевых условиях.
Термический метод (кипячение). Это, наверное, самый старый и
хорошо известный метод, которым мы пользуемся ежедневно. Кипячение
52
является исключительно бытовым методом обеззараживания, однако он не дает
полной гарантии гибели бактерий или их спор. Кроме того, при кипячении
происходит удаление из воды растворенных в ней газов (кислорода,
углекислого газа), что снижает ее вкусовые свойства.
При кипячении происходит частичное смягчение воды из-за того, что в
осадок выпадает часть солей кальция и магния, которые из растворимых
гидрокарбонатных солей переходят в нерастворимые карбонатные.
Другие методы обеззараживания воды.
Существует еще ряд методик обработки воды при которых также
происходит ее обеззараживание.
Но т.к. обеззараживание не является
единственной целью их применения, стоит рассказать о них в следующем
разделе (опреснение воды). Это такие методы как обратно осмотическая
фильтрация и дистилляция воды.
Опреснение воды - методы удаления из нее растворенных солей и других
примесей. Эту группу можно в свою очередь разделить на химические и
физические методы. Рассмотрим их поподробнее.
Химическое осаждение. Этот метод основан на переводе растворенных
солей в нерастворимые соединения, которые выпадают в осадок и удаляются.
Применяемые реактивы меняются в зависимости от солевого состава
опресняемой воды. К примеру, избыток солей магния осаждается содой, а
сульфаты могут быть удалены обработкой гидратом окиси бария.
Метод химического осаждения требует использования дорогостоящих
реактивов, каждый из которых направлен на строго определенную примесь
воды, реагенты не подвергаются регенерации. По этой причине данный
метод имеет очень ограниченное применение.
Ионный обмен. Метод основан на свойстве некоторых веществ обратимо
обмениваться ионами с растворами солей. Эти вещества называют
ионообменными смолами. Это своего рода твердые электролиты, которые делятся
на катиониты и аниониты.
Катиониты - вещества типа твердых кислот, у которых анионы
представлены в виде нерастворимых в воде полимеров.
Аниониты - по своей сути твердые основания, нерастворимую
структуру которых образуют катионы. Их анионы (обычно это
гидроксильная группа) подвижны и могут обмениваться с анионами растворов.
Химический механизм работы ионообменных смол заключается в
последовательном прохождении воды через катионит и анионит. В итоге из воды
удаляются катионы и анионы и она тем самым обессаливается. Обменная
способность ионообменных смол (ионитов) не бесконечна, постепенно
она снижается, и, в конце концов, исчерпывается вовсе. В этом случае
требуется регенерация раствором кислоты (катионит) или щелочи (анионит),
что полностью восстанавливает исходные химические свойства смол. Эта
ценная особенность позволяет использовать их в течение длительного
времени.
Сложная процедура использования ионообменных смол и их
последующей регенерации требует автоматизации, сложной системы
53
управления и необходимое оборудование является довольно громоздким, что
ограничивает его применение в быту. В настоящее время данный метод часто
включается как один из элементов процесса водоподготовки в частных
домах с автономной системой водоснабжения.
Электроосмос. Опреснение на принципе электроосмоса производится в
специальных аппаратах, представляющих собой электролитическую ванну,
разделенную двумя полупроницаемыми мембранами на три отделения.
Исходная вода подается в среднюю камеру. Ионы находящихся в воде солей
устремляются сквозь мембраны к электроду, имеющему противоположный
'заряд. Чистая вода остается в средней камере.
Данный метод требует затрат электроэнергии, хотя и является
достаточно эффективным. Эффективность составляет более 90%. достигая в
некоторых случаях 96%. Мембраны имеют ограниченный срок службы,
который максимально составляет 5 лет, а при неблагоприятных условиях
эксплуатации значительно меньше. Кроме того, этот метод, как и большинство
других методов использующих полупроницаемые мембраны, требует
предварительной подготовки о ч и щаемой воды.
Есть и еще одна особенность, которая значительно ограничивает
применение данного метода. Это то, что все вещества, которые не
превратились при растворении в ионы, не реагируют на электрическое поле.
Т.е. большинство органических веществ, бактерий, вирусов и т.п. останется в
растворе.
Опреснение вымораживанием. Этот метод основан на том, что
образование кристаллов льда при снижении температуры ниже 0 градусов
происходит только из молекул воды (явление криоскопии). Вследствие
этого пресная вода выделяется в виде льда из раствора. Раствор становится
все более и более концентрированным. Если затем слить образовавшийся
рассол и растопить лед, то получится обессоленная вода.
Этот метод является крайне трудоемким, тем более что
автоматизировать его очень сложно. Степень очистки таким методом сложно
спрогнозировать и возможно потребуется несколько циклов замораживанияразмораживания, чтобы получить действительно обессоленную воду. Кроме
того, нельзя гарантировать полной дезинфекции этой воды. Есть и еще одна
особенность, связанная с данным методом. Это накопление концентрации так
называемой тяжелой воды : химически такой же, как и обычная, но имеющей в
своем составе более тяжелый изотоп водорода, который является
радиоактивным. Тяжелая вода замерзает первой и сразу включается в состав
образующегося льда. Избежать этого можно только если убирать первую
корочку льда, образующуюся в самом начале вымораживания. Это еще больше
усложняет и без того не простую методику.
Опреснение фильтрацией. В процессе фильтрации используется
множество различных фильтрующих устройств в зависимости от цели
применения.
54
XVI СОВРЕМЕННЫЕ БЫТОВЫЕ ФИЛЬТРЫ
Наиболее часто используемые фильтры:
Фильтры-корректоры рН. Это фильтры способные изменять
кислотно-щелочное равновесие (рН) проходящей сквозь них жидкости.
Необходимость в изменении рН воды возникает в двух случаях:
1. для борьбы с коррозией, т.к. вода с высоким и низким рН обладает
высокими коррозийными свойствами;
2. для обеспечения оптимальною режима эксплуатации систем
очистки воды, так как для нормальной работы некоторых видов фильтрующих
средств требуется определенное значение pН
Фильтры-обезжелезиватели. Эти фильтры предназначены для
удаления железа и марганца из воды. В качестве реактива в большинстве
таких фильтров используется двуокись марганца. который служит
катализатором реакции окисления, при которой растворенные железо и марганец
переходят в нерастворимую форму и выпадают в осадок. Этот осадок
задерживается фильтрующей средой и в дальнейшем вымывается в дренаж при
обратной промывке.
Фильтры- умягчители.
Они
предназначены
для
снижения
жесткости
воды.
Благодаря применению специальных засыпок фильтры
этого типа могут обладать комплексным действием и способны удалять из
воды определенные количества железа, марганца, нитратов, нитритов,
сульфатов, солей тяжелых металлов.
Угольные фильтры. Активированный уголь уже достаточно давно
применяется в водоочистке для улучшения некоторых показателей воды. В
частности такими фильтрами удаляется многие неприятные привкусы и запахи,
некоторые органические примеси и т.п.
Сейчас вместо активированного угля стали использовать уголь
скорлупы кокосовых орехов, адсорбционная способность которого
в 4
раза выше. Уже разработаны и другие сорбенты.
Угольные фильтры достаточно дешевы и поэтому приобрели довольно
большое распространение. Однако их применение имеет ряд
больших
недостатков:
1.
Маленькая пропускная способность. Это связано с тем, что
качество фильтрации сильно зависит от скорости прохождения воды через него.
Чем ниже скорость, тем лучше фильтрация и, наоборот, при увеличении
скорости не только снижается качество фильтрации, но и может произойти
сброс адсорбированных ранее примесей. В результате неправильной
эксплуатации вода может дажеухудшить свой состав в результате этого
сброса.
2. Биообрастание. При фильтрации происходит накопление большого
количества органических веществ, которые являются питательной средой для
многих микроорганизмов. В результате, через некоторое время использования
можно получить более опасную в бактериологическом отношении воду, чем
исходная водопроводная. На некоторые современные фильтры наносятся
55
специальные антисептические присадки, задачей которых является
предотвращение роста бактерий. Но это «палка о двух концах».
Безопасность этих присадок для здоровья
тоже является большим
вопросом. К примеру, серебрение угля повышает содержание в воде серебра,
которое является тяжелым металлом.
3. Залповые выбросы загрязнений. Это сбросы уже накопленных
загрязнений органической
и неорганической природы, а также
микроорганизмов, обильно развивающихся внутри фильтра, которые
происходят при изменении скорости тока жидкости, или по другим
причинам. В результате потребитель может получить воду далеко не того
качества, которое ожидалось. Исходя из этих особенностей, в современных
системах очистки воды угольные фильтры используются исключительно для
предварительной подготовки воды, которая затем подвергается более
качественной очистке. Примером такой системы являются обратноосмотические
системы, основной рабочей частью которых является специальная мембрана,
но для того чтобы увеличить срок ее службы используются несколько
угольных фильтров предварительной фильтрации.
Фильтры механической очистки. Предназначены для удаления
грубых частиц размером больше 1 микрона. Это могут быть частицы песка,
взвеси, ржавчина, коллоидные вещества. Некоторые бактерии (размером 1-2
микрона) также могут отфильтровываться таким фильтром.
Такие фильтры используются обычно в качестве префильтров грубой
фильтрации в более сложных системах водоподготовки. Их недостатком
является сравнительно низкая грязеемкость, поэтому при сильном загрязнении
воды или больший производительности системы они требуют частой промывки.
Фильтры микрофильтрации. Это фильтры с порами от 0,03 до 2
микрон. В эту категорию входят мембранные фильтры, способные удалить
большинство бактерий, волокна асбеста, некоторые вирусы и сажу. Это
также довольно грубая фильтрация, но приборы, использующие ее. довольно
дешевы
и
поэтому
пользуются популярностью.
Фильтры ультрафильтрации. Более тонкие и высокотехнологичные
фильтры. Они способны отфильтровывать частицы размером от 0,003 до 0,1
микрона, т.е. способны отфильтровать даже мелкие вирусные частицы и
некоторые бактериальные токсины.
Фильтры нанофильтрации. Позволяют осуществлять довольно
качественную фильтрацию частиц размером от 0,0006 до 0,009 микрон, а это
уже гербициды, пестициды, токсины, синтетические краски. Это более
высокотехнологичные мембраны способные освободить воду от большинства
опасных примесей. Но даже этим мембранам не под силу освободить воду от
ионов тяжелых металлов и различных солей.
Фильтры обратноосмотической фильтрации. Это самые качественные
фильтрующие мембраны, способны освободить воду от 99% примесей. Диаметр
пор составляет около 0,0001 микрона. Такие размеры сложно даже представить.
Такими мембранами фильтруются даже ионы металлов, не говоря уже об
остальных возможных примесях.
56
Обратноосмотическая фильтрация — это метод фильтрации,
основанный на явлении так называемого обратного осмоса. Прежде чем
объяснять, что это такое стоит определиться, что же такое обычный осмос.
Иллюстрацией осмоса может служить простой пример с полупроницаемой
мембраной, т.е. такой мембраной, через которую проходят молекулы воды и
практически не проникают остальные вещества. Если поместить такую
мембрану в качестве разделителя двух частей сосуда, с одной стороны
которого
налит
раствор
поваренной
соли,
а
с
другой
дистиллированная вода, то скоро будет наблюдаться перенос воды в ту часть,
где находится рассол и его концентрация станет снижаться. Уровень жидкости
в этой части сосуда начнет подниматься, а во второй опускаться. Если вода и
рассол изначально находятся под одинаковым давлением, перенос, снижая
различие в концентрациях, всегда происходит из растворителя (более
разбавленного раствора) в более концентрированный раствор (рассол). Это
природное явление переноса растворителя в рассол получило название осмос,
а процесс называется осмотическим. При этом увеличение давления со
стороны рассола приводит к уменьшению осмоса, и в определенной точке
процесс полностью прекращается. Давление, при котором происходит эта
остановка называется осмотическим.
Пожалуй, стоит сказать, что явление осмоса лежит в основе обмена
веществ всех живых организмов. Благодаря ему в каждую живую клетку
поступают питательные вещества и, наоборот, выводятся продукты
жизнедеятельности. Этот природный процесс играет значительную роль в
растительных и животных организмах.
Итак, вернемся к нашему эксперименту. При дальнейшем увеличении
давления на рассол можно поменять направление процесса. В этом случае
через мембрану преимущественно будет транспортироваться, растворитель,
т.е. вода. И именно это явление послужило основой обратноосмотического
метода опреснения воды.
Механизм работы полупроницаемых мембран. Для объяснения
механизма работы обратноосмотических мембран было выдвинуто несколько
гипотез.
Согласно так называемой гипотезе гиперфильтрации в мембране
существуют поры, пропускающие молекулы воды, и при этом ничтожно
малые, чтобы пропускать через себя ионы растворенных в воде солей.
Предложенная модель позволила объяснить многие закономерности в
работе обратноосмотических систем.
Позже была предложена модель сорбционного механизма избирательной
проницаемости, согласно которой на поверхности мембраны, т.е. на
поверхности раздела сред, образуется слой связанной воды, обладающей
пониженной растворяющей способностью. Такой же слой образуется и внутри
поры. При фильтрации происходит вытеснение этой воды, при котором
вытесненные молекулы заменяются только молекулами воды. И так слой за
слоем.
Согласно другой теории, в структуре мембраны вода может находиться в
57
связанном и капиллярном состояниях. Под действием давления через такую
мембрану переносится преимущественно пресная вода, непрерывно
образуя и разрывая водородные связи.
Особенности метода обратноосмотической очистки воды. В системах
обратного осмоса давление входной воды на мембрану соответствует давлении
воды в трубопроводе. Важно, что чем выше давление на входе, тем лучше
происходит процесс очистки. Оно не только увеличивает производительность
мембраны, но и улучшает качество очистки. И наоборот, если давление в
водопроводной системе низкое, мембрана работать не будет. Поэтому
некоторые модели обратноосмотических систем комплектуются специальным
насосом для повышения входного давления. Такие системы стоят несколько
дороже, но только они способны работать при давлениях ниже 4,2
атмосферы (именно такое давление считается пороговым для
обратноосмотических мембран).
В процессе очистки концентрация солей со стороны входа возрастает, изза чего мембрана может засориться и перестать работать. Для
предотвращения этого вдоль мембраны создается принудительный поток
воды, смывающий «рассол» вдренаж.
Неорганические
вещества
очень
хорошо
отделяются
обратноосмотической мембраной. Степень очистки по большинству
неорганических элементов составляет от 85 до 98 % в зависимости от типа
применяемой мембраны.
Обратноосмотическая мембрана также удаляет из воды и органические
вещества. Органика с молекулярной массой более 300 удаляется полностью, а
с меньшей - может проникать через мембрану в незначительных количествах.
Большой размер вирусов и бактерий практически полностью
исключает вероятность их проникновения через мембрану. В то же время
мембрана пропускает растворенные в воде кислород и другие
газы,
определяющие ее вкус.
В результате на выходе системы обратного осмоса получается свежая,
вкусная, настолько чистая вода, что она не требует дополнительного кипячения.
Вода, прошедшая обработку на обратноосмотической установке, может
успешно применяться для решения следующих домашних задач: питьевых
нужд, приготовления пищи и напитков, полива растений, аквариумов, систем
центрального отопления и даже приготовления электролита аккумуляторных
батарей.
Самые популярные фильтры:
1 .Фи л ьтр с а к ти в и р о ва н н ы м уг лё м .
2 .Фи л ьтр и з а к ти ви р о ва н н о й о к и с ь ю алюминия.
З.Фильтр, основанный на методе аэрации.
4. Фильтрование через ионообразующие смолы.
Мы часто пьем воду, очищенную обратноосмотическнм методом, даже
и не подозревая об этом. Это происходит потому, что данный метод
используется не только в бытовых, но и в промышленных системах. Так
производится качественная вода для ликеро-водочной,
молочной
58
промышленности, производства безалкогольных напитков и продуктов
питания. В общем - везде, где требуется вода высокого качества. Некоторые
компании д а ж е н а л а д и л и п р о д а ж у э т о й ч и с т о й в о д ы в
б у т ы л и р о в а н н о м в и д е . И в этой ситуации именно бытовые
обратноосмотические системы позволяют не покупать бутыли, а делать такую
же воду самостоятельно.
Существует и очень важный экономический аспект, который тоже стоит
принимать во внимание:
XVII ПРОБЛЕМЫ ВОДОСБЕРЕЖЕНИЯ.
В среднем человек потребляет в пищу за сутки около 3 литров воды. Если
вода также используется для приготовления пищи, то нужно исходить из
потребностей в 5 литров на каждого члена семьи.
В 2004 г ОАО «Водоканал» проводил конкурс «Водосбережение» глазами
жителей г.Волхова и Волховского района. Лучшие работы жителей были
представлены в журнале, выпущенном по итогам конкурса
Сказка о грязной и чистой воде
Когда-то, не помню когда, жили в одной речке выдра, бобр и разные рыбы.
Речка эта протекала в глубине дремучего леса. Все обитатели речушки жили
прекрасно! Вода в этой речке была чистая, как слеза младенца.
Но вдруг стали происходить страшные события...
- Что же происходит в нашей речке? - спросила какая-то рыбинка у
выдры.
- На берегу, - ответила выдра, - люди что-то строят.
- А кто такие люди?
- Люди - это животные, которые живут на суше и ходят на двух ногах.
- А что они строят?
- Это я и собираюсь узнать, - ответила выдра.
И она узнала... Через несколько дней все обитатели речки устроили
собрание. На нём выдра и рассказала, что узнала.
«Люди собираются возводить на берегу нашей речки город, - начала свой
рассказ выдра. - Они приехали на каких-то огромных железных чудовищах и
привезли с собой много деревьев и камней!»
Через некоторое время на берегу речки вырос огромный завод. От завода к
речке протянулась длинная труба, а через трубу в речку выливается ... мазут!
Обитатели реки забеспокоились. Бобр однажды, проплывая у берега, увидел
мальчика. Зверёк рассказал ему про завод (люди и животные тогда могли
разговаривать). Мальчик упросил-таки взрослых уйти с берега реки, и они ушли.
И вот по сей день течёт где-то в глубине леса маленькая чистая речушка, в
которой по-прежнему живут выдра, бобр и рыбки.
МОУ "Пашская средняя общеобразовательная школа" Алешкевич Наталья,
5 б класс
Вода!
Если выбрасывать в реку разную грязь и отходы, то из хорошей воды,
59
т.е. живой, получится мертвая вода. В неё бросают дети и взрослые палки,
банки, обёртки от продуктов; заводы выливают в реку химические вещества
и выпускают ядовитый дым - газ.
Во многих местах у рек ставятся предупреждающие щиты: «Купаться
запрещено!». Значит, в этих местах мертвая вода.
Вода, как и вся природа, беззащитна. Некоторые реки очищаются
естественным путём, однако в современное время уровень их загрязнения
значительно превышается.
Кроме того, с дождями в реки попадает атмосферная грязь и пыль,
особый вред наносят кислотные дожди.
В итоге рыбы в водоёме становится меньше. В летнее время в теплой
стоячей воде размножаются микробы, и такая вода становится опасной не
только для питья, но и для купания.
В живой воде можно без опаски купаться, но опасаться битых
бутылок и банок от консервов на дне.
Итак, воду надо не загрязнять!
МОУ "Пашская средняя общеобразовательная школа" Домнина
Мария, 5 а класс
В этом журнале были собраны многочисленные рисунки, стихи ,
исследовательские работы, рефераты учеников
школ города и района.
победивших в конкурсе.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Познание воды, как и всякого другого вещества, как и материи,
бесконечно. Завтрашний день расскажет нам ещё много нового о воде.
Там, где есть жизнь, всегда есть вода. Жизнь без воды невозможна. Это и
заставило наших предков справедливо считать, что вода появилась раньше, чем
возникла на земле жизнь.
Вода - на первый взгляд простейшее химическое соединение двух атомов
водорода и одного атома кислорода - является, без всякого преувеличения,
основой жизни на Земле. Не случайно ученые в поисках форм жизни на других
планетах солнечной системы столько усилий направляют на обнаружение следов
воды.
О воде много говорилось, но мало сказано. Поэтому фраза “Вода – это
жизнь” для многих из нас ровным счетом ничего не значит. И за беспечное
отношение к ней вода жестоко мстит нам. Задумайтесь, что вы знаете о воде?
Как ни удивительно, но вода до сих пор остается наиболее малоизученным
веществом Природы. Очевидно это произошло потому, что ее очень много, она
вездесуща, она вокруг нас, над нами, под нами, в нас
Химический состав вод может быть одинаков, а их воздействие на
организм разным, потому что каждая вода формировалась в конкретных
условиях. И если жизнь – это одушевленная вода, то, также как и жизнь, вода
многолика и характеристики ее бесконечны.
Вода – это, на первый бесхитростный взгляд, простое химическое соединение
60
водорода и кислорода. Но на самом деле, вода – основа жизни на Земле.
Именно от нас зависит чтобы она была.
Словарь терминов, употребляющихся в области водоподготовки и
водосбережения
А
Адсорбция - связывание молекул с поверхностью твердой или жидкой фазы
посредством определённых физических сил. Например, удаление свободного
хлора или хлорамина из смеси с помощью активированного угля происходит по
механизму адсорбции.
Амфотерность - способность вещества в зависимости от сложившихся условий
вступать во взаимодействие как с кислотами, так и с основаниями. Например,
амфотерными свойствами обладает металлический алюминий.
Анион - отрицательно заряженный ион (см. ион).
Ацетат целлюлозы - синтетический полимер, получаемый из природной
целлюлозы и широко применяемый в производстве мембран. При производстве
мембран для очистки воды могут использоваться следующие полимеры:
диацетат целлюлозы, триацетат целлюлозы или смесь этих веществ.
Аквакультура - сообщества растений и животных, которые живут в воде,
например рыбы, ракообразные и растения.
Артезианская вода - вода из глубинных подземных пластов, как правило,
находящаяся под давлением
Б
Бактерии
одноклеточные
микроорганизмы,
способные
к
самовоспроизводству. Они подразделяются на две большие подгруппы:
аэробные (потребляющие в процессе жизнедеятельности кислород) и
анаэробные (непотребляющие кислород). Бактерии могут существовать в
широком диапазоне условий окружающей среды. Некоторые, например,
pseudomonada, могут процветать в среде с очень низким уровнем питательных
веществ. Эти бактерии являются производителями слизи: главной проблемы
для систем подготовки воды. Другие жестко прикрепляются к поверхности,
выделяют студенистое вещество. Оно служит защитой бактерий от химических
дезинфицирующих средств. Этот агломерат бактерий и защищающего их
студенистого вещества иногда называют биопленкой. Концентрация бактерий в
воде обычно выражается в терминах колониеобразующих единиц (cfu) на
миллилитр (ml). Колониеобразующая единица - это жизнеспособная бактерия,
которая, воспроизводясь, может сформировать целую колонию, если она
инкубируется в питательной среде.
Бытовое использование воды - вода, используемая для домашних нужд,
например принятия ванны, стирки белья, мытья посуды, купания собак и
полива садов и огородов. Около 85% бытовой воды поступает в дома по
общественному водопроводу. И около 15% бытовой воды население берет из
своих собственных источников.
В
Вирус - внеклеточная форма жизни, состоящая из РНК или ДНК в протеиновой
61
оболочке, который размножается только после проникновения в живую клетку,
имеет очень маленькие размеры от 15 до 350 нанометров.
Водоросли (Algae (лат.)) - группа одноклеточных или многоклеточных
растений, основной экологической нишей которых является пресная или
морская вода. Возможно напочвенное обитание в сырых, хорошо увлажненных
местах, водопроводных трубах, емкостях в которых вода может застаиваться.
Водоносный горизонт - геологическое образование, содержащее воду,
находящееся между пластами. Геологическое образование или структура,
которая запасает и по которой вода попадает в источники и родники. Этот
термин в основном употребляется для обозначение тех структур, из которых
достаточно легко добыть воду для дальнейшего использования.
Водопровод - система труб или тоннелей, разработанные и использующиеся для
транспортировки воды от источника водозабора до потребителя, обычно
располагается под землей.
Водохранилище - пруд, озеро или бассейн, природного или искусственного
происхождения для хранения, регулирования и контролирования воды.
Вторичная обработка воды - обработка, следующая за первичной обработкой.
включающая в себя биологические процессы удаления взвешенных,
коллоидных и растворенных органических веществ из воды, прошедшей
первичную обработку. В результате на 80-95% снижается БПК (биологическое
потребление кислорода), и на 80-95% уменьшается содержание растворенных в
воде веществ. Вторичная обработка может осуществляться либо
биологическими, либо физико-химическими методами. Активный ил и
медленные фильтры - это два основных, наиболее часто употребляемых метода
вторичной обработки воды. В результате удаляются плавающие на поверхности
и осажденные частицы, и около 90% кислородопотребляющих веществ.
Последней стадией вторичной обработки является дезинфекция.
Г
Гидрофильный ("любящий" воду (лат.)) - вещества или материалы, которые
легко поглощают или смачиваются водой.
Гидрофобный ("ненавидящий" воду (лат.)) - вещества или материалы, которые
плохо поглощают или смачиваются водой.
Грэйн жесткости - единица жёсткости, принятая в США. Теоретическая
жесткость воды - это суммарная концентрация всех ионов щелочноземельных
металлов, в США она обычно выражается, как эквивалентная концентрация
карбоната кальция в грэйнах. Концентрации ионов могут быть выражены в
эквивалентах на литр (моль-экв/л), для этого необходимо разделить гэйн/галлон
на коэффициент 2,9; числом моль на литр (моль/л) или их массой в любом
объеме. В США в качестве единицы жёсткости продолжают использовать
грэйн/галлон (GPG), как эквивалент карбоната кальция, несмотря на то, что в
большинстве стран эта единица измерения считается устаревшей. Численное
значение жёсткости в грэйн/галлон, относящееся к карбонату кальция, может
быть преобразовано в метрические единицы (мг/л), посредством умножения на
коэффициент 17,1. Выражение в грэйн/галлон, относящееся к карбонату
кальция, может быть также преобразовано в мг/л одновалентных ионов, таких
62
как натрий (Na+), посредством умножения на коэффициент 0,342. При
использовании вышеуказанных переводных коэффициентов (особенно при
описании характеристик ионообменного оборудования) необходимо иметь в
виду, что эффективность очистки воды будет зависеть как от типа
присутствующих ионов, так и от их полной массы.
Гидролиз - химический процесс разрушения веществ при их взаимодействии с
водой. Часто упоминается в ссылках по поводу разрушения полимеров.
Д
Дезинфекция - Процесс обеззараживания (уничтожения микроорганизмов,
вирусов). Применительно к воде: для проведения дезинфекции обычно
используются химические вещества, например, формальдегид или гипохлорид
натрия. Дезинфекция уменьшает количество микроорганизмов до приемлемого
уровня, но полностью может их и не уничтожить.
Деионизация (ионный обмен) - Удаление ионов из воды посредством обмена на
другие ионы, находящиеся в специальной смоле в связанном состоянии.
Ж
Жесткость воды - один из показателей качества воды. Обуславливается
присутствием в воде солей кальция, магния и некоторых других металлов и
выражается в моль*эквивалент/дм3 (европейская система) или грэйнах/галлон
(американская
система).
Различают
карбонатную
(временную)
и
некарбонатную (постоянную) жесткость. Общая жесткость представляет собой
сумму двух последних. Карбонатная жесткость связана с присутствием в воде
бикарбонатов, а некарбонатная - сульфатов, хлоридов, нитратов кальция,
магния и других металлов. Первоначально жесткость воды определялась как
мера способности воды осаждать пену, созданную жирными карбоновыми
кислотами. Эта "пена" осаждалась в присутствии ионов кальция и/или магния.
З
Загрязнение мембраны - осаждение нерастворимых веществ, например,
бактерий, коллоидов, оксидов, взвешенных и проч., на поверхности
обратноосмотической или ультрафильтрационной мембраны. Загрязнение
приводит к уменьшению потока пермеата и снижению селективности
обратноосмотических мембран.
И
Индекс насыщения Ланжелье (LSI) - осаждение карбонатов кальция и магния в
системах очистки воды - серьезная причина возникновения неисправности
системы. Растворимость этих соединений - сложная функция, зависящая от
значения pH воды, содержания растворенного углекислого газа, концентрации
карбонат-анионов, присутствия других солей и температуры. Индекс
насыщения Ланжелье (Langelier) позволяет предсказывать, будут или нет
осаждаться
труднорастворимые
карбонаты
при
данных
условиях.
Производители установок обратного осмоса могут использовать этот
показатель для определения максимальной степени извлечения очищенной
воды и значений селективности, которые могут быть достигнуты в данной
системе водоподготовки, прежде чем осаждение карбонатов серьезно ухудшит
качество воды и уменьшит степень ее извлечения. Этот индекс используется
63
при выборе методов предварительной обработки воды и определении риска
осаждения карбоната кальция на поверхности мембран со стороны концентрата.
Индекс плотности осадка (SDI). Показатель способности воды загрязнять
мембранный элемент или забивать осадком фильтр. SDI измеряется с помощью
аппарата, состоящего из входного регулятора давления и манометра, за
которыми установлен фильтродержатель с 0,45-микронным микропористым
мембранным фильтром. Данное оборудование имеется в коммерческой продаже
и дополнено инструкциями о том, как вычислять индекс.
Интенсивность потока - расход потока воды через единицу площади
поверхности. Термин обычно используется для характеристики потока при
прохождении сквозь обратноосмотическую или ультрафильтрационную
полупроницаемую мембрану.
Ион - частица, имеющая положительный или отрицательный электрический
заряд. Положительно заряженные ионы называются катионами, а ионы,
имеющие отрицательный заряд - анионами.
Ионный обмен - основан на принципе электронейтральности, то есть,
заряженные частицы устойчивы только тогда, когда они существуют, как
сбалансированные пары положительных и отрицательных зарядов.
Ионообменные смолы - вещества, используемые для проведения процесса
ионного обмена. Гранулы ионообменных смол - частицы, которые содержат на
поверхности фиксированные заряды. Чтобы поддержать электронейтральность,
каждый из этих зарядов присоединяет ион с равным по абсолютной величине и
противоположенным по знаку зарядом и удерживает его. Эти присоединенные
ионы называются противоионами. Противоионы мобильны и могут оставлять
фиксированный заряд, если доступен другой ион, который для сохранения
электронейтральности должен иметь такой же заряд как у противоиона.
Начальный противоион устанавливается в смоле при ее промывке
концентрированным раствором с желаемыми противоионами. Например, смолы
умягчители - это катионообменники, содержащие на поверхностях карбоновые
кислоты. Если эти смолы промыть концентрированным раствором NaCI,
преобладающий в растворе катион - Na+ - закрепится на смоле и станет
противоионом. При использовании такой смолы в качестве умягчителя,
пропускаемая через нее вода освобождается от конкурирующих противоионов,
таких как Ca2+, Mg2+. Из-за термодинамического предпочтения карбоновыми
кислотами иона Ca2+ (Mg2+), по сравнению с Na+, в разбавленных водных
растворах будет быстро уменьшаться концентрация Ca2+ (Mg2+) и
увеличиваться концентрация первоначально присутствующих в смоле ионов
Na+.
спарение--процесс превращения воды в пар, включая испарение с водной
поверхности, поверхности земли, заснеженных полей, но не с поверхности
листьев, т.к. это уже транспирация.
К
Катион - положительно заряженный ион (см. ион).
Квасцы - см. сульфат алюминия.
Коагулянт - химическое вещество, которое способствует осаждению
64
взвешенных в воде коллоидных частиц и применяется для их удаления в
процессе очистки воды. В качестве коагулянтов обычно используются соли
алюминия и железа.
Коагуляция - одна из стадий водоподготовки, на которой коагулянт, обычно
квасцы, добавляется в воду, чтобы дестабилизировать коллоидные частицы
посредством нейтрализации их электрических зарядов. Коагуляция
используется совместно с флокуляцией для удаления коллоидов.
Коллоиды - частицы субмикронного размера, не образующие истинный
раствор. Они стабильно взвешены и с трудом выводятся из этого состояния.
Концентрат - часть исходного потока воды, которая в процессе
баромембранного разделения не проникает через мембрану, а проходит вдоль
её поверхности. Содержание солей, органических веществ и взвешенных
частиц в концентрате выше, чем в исходной воде.
Канализация - система трубопроводов, расположенная под землей, собирающая
и доставляющая сточные воды на станции водоочистки, реже в реки и др.
водоемы.
Качество воды - термин, используемый для описания химических, физических
и биологических характеристик воды.
Кислота - вещество, имеющее уровень рН меньше нейтрального - 7,0. При
диссоциации дает катионы [Н+] и анионы кислотного остатка.
Конденсация - процесс превращения пара в воду. Конденсация это процесс
обратный испарению.
Л
Линейная (поверхностная) скорость - скорость потока жидкости через емкость
с загрузкой в виде слоя зернистого материала описывается с помощью
линейной скорости. Это скорость, которая могла быть достигнута жидкостью,
если бы она текла c тем же расходом через ту же емкость, но без слоя
зернистого материала. Математически линейная скорость определяется так:
Vs = Q/A, где Q - объемный расход; A - площадь поперечного сечения пустой
емкости.
Например, если площадь поперечного сечения емкости 640 см 2, и вода
прокачивается через нее со скоростью 64 см3/с, линейная скорость составит
64/640=0,1 см/с. Фактическая скорость на поверхности любой частицы может
быть больше или меньше, чем линейная скорость, потому что поток через слой
не является однородным, а частицы занимают часть поперечного сечения.
Однако для оценки массопереноса между текущей жидкостью и неподвижной
поверхностью частицы удобно вычислять линейные скорости таким способом.
М
Миллиграмм на литр (мг/л) - единица концентрации веществ воде.
Мембраны - тонкие пленки со специальной структурой, созданные для
обеспечения селективного пропускания растворенных веществ. Вообще,
избирательность мембраны основана на ее способности пропускать или не
пропускать частицы в соответствии с их размером и иными свойствами.
Мембрана может быть гомогенной или асимметричной. Гомогенные мембраны
в поперечном сечении имеют однородную структуру при увеличении по
65
крайней мере в 100 раз. Наибольшей степенью гомогенности обладают
мембраны, разработанные для микрофильтрации и гемодиализа. Мембраны
снижают величину потока не только нежелательных растворенных веществ, но
и самого растворителя. Для уменьшения сопротивления потоку растворителя
были разработаны образцы, имеющие асимметричное поперечное сечение. То
есть они состоят из двух параллельных слоев. Сопротивление, оказываемое
течению селективным слоем, который обеспечивает мембране возможность
селективной фильтрации, минимизируется посредством уменьшения его
толщины.
Сопротивление
течению
более
толстого
и
прочного
поддерживающего слоя, который обеспечивает прочность конструкции,
минимизируется за счет его открытой пористой структуры. Эти различные слои
могут быть сделаны из одного и того же материала, как в асимметричных
мембранах из ацетата целлюлозы, или из различных материалов, как в
тонкопленочных
составных
(композитных)
мембранах.
Мембраны,
используемые в оборудовании для очистки воды, бывают двух видов: в виде
плоских листов и полых волокон.
Микропористый - в контексте очистки воды, мембраны, которые имеют
средний размер пор (диаметр) от 0,1 до 1,0 мкм.
Многовалентный ион - катион или анион, которому не хватает более одного
электрона или имеется несколько лишних электронов.
Мутность - мера присутствия в воде коллоидных веществ во взвешенном
состоянии. Взвесь, содержащаяся в пробе воды, типа глины, ила или
мелкодисперсных органических и/или неорганических веществ, будет рассевать
падающий свет. Мера рассеяния выражается в нефелометрических единицах
мутности (НЕМ).
Н
Напорный бак - представляет собой герметичную ёмкость (другое название бак-гидроаккумулятор). Обеспечивает небольшое давление подачи воды через
вентили в нижней части без особых требований к насосу. Когда установлен
насос поршневого типа, такой бак уменьшает сильные колебания давления.
Напорные резервуары обычно имеют большие застойные зоны, которые
предоставляют условно-патогенным бактериям благоприятную среду для
размножения.
Нитрат (NO3-) - анион, входящий в состав азотной кислоты. Состоит из
одного атома азота и трех атомов кислорода. Нитрат-анион считается
токсичным, вреден при попадании внутрь организма с водой и пищей, особенно
для детей, поэтому он не должен присутствовать в воде для гемодиализа.
О
Общее содержание растворенных веществ (TDS) - сумма концентраций
органических, неорганических веществ, а также ионов в растворе (исключая все
растворенные газы). Так как измеритель TDS может определять только
суммарную концентрацию ионов в воде, значение TDS является
приближённым. Измерение TDS широко применяется в водоподготовке и
технологии сточных вод для контроля конечного качества воды.
Экспериментальное определение TDS основано на измерении удельного
66
электрического сопротивления или проводимости исследуемой воды.
Одновалентный ион - катион или анион, которому не хватает одного электрона
или имеется один лишний электрон.
Озон - чрезвычайно активный окислитель, который состоит из трех атомов
кислорода. Он может быть образован при воздействии сильного электрического
поля на газообразный кислород или окружающий воздух, в котором содержится
кислород.
Оксиданты (окислители) - химические вещества, которые поставляют кислород
и/или принимают электроны в окислительно-восстановительной реакции.
Свободный хлор и хлорамин - окислители, которые широко используются для
дезинфекции.
Осмотическое давление - если раствор, типа солёной воды, отделен от чистой
воды мембраной, которая является непроницаемой для соли, вода будет
проникать из объёма с чистым растворителем в соляной раствор. Движущая
сила данного процесса называется "осмотическим давлением". Его величина
зависит от концентрации солей, а также числа ионов в растворе. Обратите
внимание, что осмотическое давление зависит от числа частиц в растворе, а не
от их полной массы. Например, раствор, типа хлорида натрия, имеющий
концентрацию 1 г/л, характеризуется большим значением осмотического
давления, чем раствор протеина аналогичной концентрации. Для того чтобы
вода потекла обратно из раствора соли в чистую воду, раствор должен быть
подвергнут воздействию гидростатического давления, большего, чем его
осмотическое давление. Это принцип обратного осмоса.
Обратный осмос - передовой метод водоподготовки, при котором вода
пропускается через полупроницаемые мембраны, происходит отделение
молекул воды от молекул загрязняющих веществ. Прокачивание солёной воды
через плоские или трубчатые мембраны или полое волокно, изготовленное из
ацетилцеллюлозы или полиамидных смол, способных под давлением выше
осмотического пропускать молекулы воды, но не пропускать гидратированные
ионы растворённых в воде солей.
Опреснение - удаление солей из соленой воды для производства чистой
Органическое вещество - растительные и животные остатки или живые
организмы. Все они на основе углерода.
Осадки - дождь, снег, град, дождь со снегом, роса, иней.
Осадочная порода - осадочные горные породы, горные породы, возникшие
путём осаждения вещества в водной среде, реже из воздуха и в результате
деятельности ледников на поверхности суши, в морских и океанических
бассейнах.
Основание - вещество, имеющее уровень рН больше нейтрального (7,0). В его
состав входит один или несколько гидроксил ионов (OH-).
П
рH - количественное соотношение в воде ионов Н+ и ОН-, образующихся при
диссоциации воды. Если в воде пониженное содержание свободных ионов
водорода (рН>7) по сравнению с ионами ОН-, то вода будет иметь щелочную
реакцию, а при повышенном содержании ионов Н+ (рН<7)- кислую. В идеально
67
чистой дистиллированной воде эти ионы будут уравновешивать друг друга. В
таких случаях вода нейтральна и рН=7. При растворении в воде различных
химических веществ этот баланс может быть нарушен, что приводит к
изменению уровня рН.
Потеря давления - для организации потока жидкости по какому-либо каналу,
системе трубопроводов, через слой частиц или мембрану требуется расход
некоторого количества энергии. Давление потока в любой точке - мера
энергосодержания жидкости в этой точке. Так как часть энергии тратится
потоком на перемещение, давление в точке выхода меньше, чем на входе.
Количество израсходованной энергии, а, следовательно, и уменьшение
давления (потеря давления), зависит от величин потока и вязкости жидкости. В
США и Англии давление измеряется в фунтах силы на квадратный дюйм (psi),
в европейских странах - в Паскалях (Па) (в системе СИ), барах или в кг/см2.
Перепад давления иногда обозначается как delta-p.
Параллельное соединение - конфигурация (расположение) оборудования в
системе очистке воды, при которой поток разделяется и проходит
одновременно через несколько ветвей системы.
Перманганат калия (КMnO4) - окислитель, обычно использующийся для
регенерации фильтров-обезжелезивателей с марганцевой загрузкой greensand.
Может применяться в качестве дезинфицирующего средства.
Пермеат - поток обессоленной воды, выходящий из установки обратного
осмоса или ультрафильтрации.
Питающая вода - вода, поступающая в систему или в отдельный аппарат
системы очистки воды, типа ультрафильтра или установки обратного осмоса.
Полиамид (PA) - синтетический полимер нейлонового ряда, использующийся
при изготовлении мембран для обратного осмоса и ультрафильтрации.
Поливинилхлорид (PVC) - термопластичный полимерный материал,
образующийся при полимеризации хлористого винила. Широко используется в
США для изготовления систем трубопроводов, упаковок пищевых продуктов и
пластмассовых частей отливаемых при высоком давлении. PVC - наиболее
распространённый материал для систем трубопроводов, используемый при
проведении диализа.
Полисульфон (PS) - синтетический полимер, использующийся при
изготовлении мембран для обратного осмоса и ультрафильтрации, который
характеризуется высокой степенью термостойкости и химической стойкости.
Полупроницаемость - свойство материала мембран для обратного осмоса или
ультрафильтрации, которое определяет возможность проникновения через
мембрану одних молекул и ионов и предотвращает прохождение других.
Проводимость электрическая - способность водного раствора проводить
электрический ток. Величина проводимости зависит от количества
присутствующих в растворе ионов. Проводимость выражается в Сименсах/см
(См/см также обозначаемых mhos/см). Растворы неорганических солей относительно хорошие проводники (дают высокую проводимость), в то время
как растворы, содержащие органические молекулы, - довольно плохие
проводники (дают низкую проводимость). Высокоочищенная вода также
68
является плохим проводником. Измерение проводимости часто используется
для контроля эксплуатационных показателей системы обратного осмоса.
Электропроводность зависит от температуры и должна измеряться
термокомпенсированным измерителем. Обычная справочная температура 25°C. Измерение проводимости иногда используется для оценки общего
количества растворенных в воде веществ. Являясь удобной, эта технология
неточна (см. также удельное сопротивление).
Паводок - затопление используемых человеком, непокрытых водой земель.
Паводки имеют две основные характеристики: затопление земель временное; и
вода затапливает только прилегающие к водоемам земли.
Патоген - возбудитель, вызывающий заболевания; обычно употребляется
применительно к живым организмам. В основном, к вирусам, бактериям или
грибам, вызывающим различные болезни.
Первичная обработка воды - первая стадия обработки воды, удаление
механических примесей при помощи фильтра либо металлической сетки.
Питьевая вода - вода, пригодная по своему качеству для питья.
Поверхностные воды - воды, находящиеся на поверхности планеты, например
ручьи, реки, озера или бассейны.
Подземные воды - вода, которая течет или сочится под землей и пропитывает
почву и скалы. питая ручьи и родники, реки и т.д..
Пористость - 1)пористость горных пород, совокупность пустот (пор),
заключённых в горных породах. Количественно П. г. п. выражается
отношением объёма всех пор к общему объёму горных пород (в долях единицы
или процентах; 2) совокупная характеристика размеров и количества пор в
твёрдом теле.
Потери при транспортировке воды - вода, утраченная при транспортировке
воды по трубам или каналу при испарении или утечке. Обычно такая вода
становится недоступной для дальнейшего использования; однако, при утечке
вода может просочиться в подземные воды и быть доступной в дальнейшем.
Потребление кислорода - кислород, необходимый для нормального протекания
химических и биологических процессов в организме.
Пресная вода - вода, содержание растворенных солей в которой не превышает
1,000 миллиграмм на литр (мг/л); воду же с содержанием растворенных солей
более чем 500 мг/л нежелательно использовать для питью и в промышленных
целях.
Проницаемость - способность материала пропускать жидкость, например, вода,
проходящая через скалы. Проницаемые материалы, например песок или гравий,
позволяют воде быстро проникать сквозь них, в то время как непроницаемые
материалы, такие как глина, не дают воде свободно двигаться.
Просачивание - 1)проникновение воды с поверхности под землю.
2) Движение воды через отверстия в почве или скалах.
Р
Размер частицы - диаметр, в миллиметрах, взвешенных частиц или осадочного
материала.
Раствор - истинные растворы - однородные (гомогенные, или однофазные)
69
системы переменного состава, состоящие из двух или более компонентов.
Известны газообразные, жидкие и твердые растворы. К газообразным относятся
смеси любых газов и паров, к твердым - многие сплавы металлов, стекла,
некоторые минералы. Особое значение в природе и технике имеют жидкие
растворы, образующиеся в результате растворения газов, жидкостей и твердых
веществ в воде и других жидкостях. С растворами связаны все
физиологические и биохимические процессы, т.к. внутренней средой любого
организма являются водные растворы. различных веществ. Многие
лекарственные средства также представляют собой растворы. Растворами
являются воды Мирового океана и атмосфера нашей планеты.
Растворитель - вещество, которое растворяет другие вещества, образуя
растворы. Вода растворяет больше всего веществ, чем другие, поэтому ее
называют "универсальным растворителем"
С
Соленая вода - вода, содержащая значительное количество растворенных солей.
Седиментация - процесс, посредством которого взвешенные вещества
отделяются от воды под действием гравитации и осаждаются на дно контейнера
или резервуара.
Селективность
(процент
задержания)
мера
способности
обратноосмотической мембраны удалять соли из исходной воды. Выраженная в
процентах, селективность определяется так:
селективность = (1 - концентрация соли в пермеате/концентрация соли в
исходной воде) x 100%.
Скайлинг (аналог образования отложений накипи) - применительно к
оборудованию для обратного осмоса, скайлинг - осаждение малорастворимых
солей, типа карбоната кальция, на поверхности мембраны. Этот осадок
приводит к снижению потока и уменьшению значений селективности
мембраны по различным компонентам.
Степень извлечения воды (процент извлечения) - показатель, применяемый при
описании процессов обратного осмоса и ультрафильтрации, который
характеризует отношение расхода потока произведенной воды к расходу потока
питающей воды. Этот показатель необходим для оценки качества работы
установки обратного осмоса или ультрафильтрации в целом, а не отдельных
мембранных элементов. Степень извлечения воды (в процентах) определяется
так: степень извлечения = (расход пермеата/расход исходной воды) x 100%.
Стерилизация - физический или химический процесс, который уменьшает
число микроорганизмов до необходимого уровня. Она может быть достигнута
посредством рутинного проведения нагрева, гамма-облучения, обработки
этиленоксидом и, в некоторых случаях, специальной фильтрации. Из
вышеперечисленных методов только фильтрация подходит для объёмной
дезинфекции воды, и ни один из них не подходит для дезинфекции
водоочистительного оборудования, используемого для гемодиализа. Однако
один из химических дезинфектантов, включающий в качестве активного
компонента надуксусную кислоту, недавно был рекомендован в качестве
стерилизующего средства. Этот агент может быть использован для
70
дезинфекции некоторых элементов системы водоснабжения.
Сульфат алюминия - средняя соль, имеющая в своём составе катионы
алюминия и сульфат-анионы. Обычно используется в качестве флокулянта при
муниципальной очистке воды.
Сточные воды - вода, которая уже была использована для бытовых, и
промышленных нужд, которые не сбрасывают в водоемы без предварительной
очистки.
Т
Титруемая щелочность - когда некоторые анионы, например, карбонат (CO3)2-,
растворены в воде, они связывают часть ионов (Н+) и сдвигают равновесие
воды (см. определение pH), образуя избыток свободных гидроксил-анионов
(ОН-). Эта избыточная концентрация ОН- называется щелочностью. Титруемая
щелочность может быть измерена посредством определения количества Н+ (в
ммоль-экв), которое должно быть добавлено в раствор для восстановления
значения pH=7,0 (при этом будет выполнено условие нейтральности [Н+] =
[ОН-]).
Транспирация - процесс, в результате которого вода, накопленная растением,
выделяется через поры листьев. Используется растениями для охлаждения
У
Удельное электрическое сопротивление - мера способности вещества не
пропускать электрический ток (величина обратная проводимости). Стандартная
единица измерения электрического сопротивления - Ом. Сопротивление
зависит от состава воды и расстояния между измерительными электродами
датчика. Единицей удельного электрического сопротивления является Ом/см.
Измерение удельного сопротивления, подобно измерению проводимости,
может осуществляться разными способами. Результаты этих измерений обычно
используют для оценки качества воды, полученной деионизацией, для
улучшения управления системами очистки воды. Поскольку удельное
сопротивление зависит от температуры воды, часто используются устройства
для температурной компенсации. Они настраивают Ом-метр таким образом,
чтобы сопротивление воды приводилось к одной температуре, обычно 25°C.
Ультрафильтрация - мембранный процесс разделения (обычно используется
для
концентрирования
растворов
полимеров).
Размер
пор
ультрафильтрационных мембран находится в диапазоне от 0,001 до 0,1 мкм.
Уплотнение - нежелательный физический процесс, происходящий с
обратноосмотическими и ультрафильтрационными мембранами, который
приводит к уменьшению скорости потока пермеата. Эффект усиливается при
повышении температуры, давления или загрязнении мембран.
Ф
Флокулянт - вещество, используемое совместно с коагулянтом,
способствующее объединению субмикронных взвешенных частиц (коллоидов)
в крупные фрагменты, которые могут быть удалены при помощи осаждения
или фильтрации.
Флокуляция - одна из стадий водоподготовки, на которой дестабилизированные
коллоидные частицы объединяются (обычно при взбалтывании) в большие
71
агрегаты (хлопья). Хлопья удаляются из воды осаждением или фильтрацией.
Процесс может сопровождаться добавлением синтетических полиэлектролитов,
которые увеличивают размер агрегатов, облегчая, таким образом, их удаление.
Стадия флокуляции протекает совместно с коагуляцией.
Фторид - анион, входящий в состав плавиковой кислоты. Встречается в
природных источниках, добавляется при муниципальной обработке воды для
предотвращения кариеса зубов. Избыток фторида считается токсичным,
вызывающим болезни костей, если присутствует в воде для гемодиализа.
Фульвокислоты - кислоты, которые найдены в гуминовых (органических)
почвах. Могут встречаться в воде в суспендированном виде.
Х
Хлорамины - химические вещества, используемые для дезинфекции
муниципальной воды. Они образуются в результате взаимодействия
соединений аммония со свободным хлором и могут существовать в природе
(когда свободный хлор взаимодействует с соединениями аммония,
образовавшимися при разложении растительных остатков). Хлорамины сильные окислители и могут быть весьма токсичны при использовании
содержащей их воды.
Хлорированные углеводороды - группа органических веществ, образующихся
при взаимодействии парафинов нефти с хлором. К данному классу соединений
относятся и такие вещества, как пестициды и гербициды, являющиеся
мощными канцерогенами. Хлорфенолы - См. хлорированные углеводороды.
Щ
Щелочность - суммарное количество присутствующих в воде ионов
бикарбоната, карбоната и гидроксила, которые могут быть нейтрализованы
кислотами. См. также титруемая щелочность.
72
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Журнал Водосбережение глазами жителей г.Волхова и Волховского района
г.Волхов, 2004.
2. Крылова О.В. Материки и океаны: Учеб. Для 7 кл. общеобразоват.учреждений. –
М.: Просвещение, 1999.
3. Лосев К. Вода. М.: Гидрометеоиздат, 1989.
4. Муранов А. Л. В мире необычных и грозных явлений природы. М.:
«Просвещение», 1977.
5. Новиков Ю.В. Сайфутгинов М.М. Вода и жизнь на земле. М.:, «Издательство
наука»,1981.
6. Сиюков В.В. Вода известная и неизвестная. М.:, « Знание », 1987.
7. Кнунянц И.Л. Химическая энциклопедия. Том 1., М.: «Москва», 1988.
8. Энциклопедический словарь юного химика. . М.: «Просвещение», 1977.
9. Я познаю мир: Детская энциклопедия: Химия / Авт.-сост. Л.Савина.- М.:АСТ, 1996.
10. Я познаю мир: Детская энциклопедия: Литература / Авт.-сост. Н.В.Чудакова.М.:АСТ, 1997.
11.Возная Н.Ф. Химия воды и микробиология. М.: Высшая школа, 1979;
12.Вестник АсЭкО, 1997, вып. 1–2.
13.Чернова Н.М., Галушкин В.М., Константинов В.М. Основы экологии.
Учебник для 10–11 классов. М.: Дрофа, 1999;
14.Мамедов Н.М., Суравегина И.Т., Глазачев С.Н. Основы общей экологии. М.:
МДС, 1998;
15.Химия окружающей среды. Под ред. Дж.О.М.Бокриса. М.: Химия, 1982;
16.Бабич Л.В., Балезин С.А., Гликина Ф.Б. и др. Практикум по неорганической
химии.М.: Просвещение, 1983.
Использование материалов из Интернета:
1. www.water-world.ru
2. www.kontur-west.ru
3. www.pool-stroy.ru
4. www.septic.ru
5. www.AquaFilter.ru
6. www.ecowater.ru
7. www.ivd.ru
8. www.akvamir.com.
9. www.1os.ru— Очистные сооружения
10.www.allwater.ru
11.www.matik.ru
12.www.clearwater.ru