Презентация, доклад Естествознание. Водные ресурсы.

вода и ее умягчение. Опреснение воды . Лекция 2.
Автор: Любовникова Е.В.

гидросферой.

Она покрывает 71% земной поверхности. Земля обладает колоссальным объемом воды около 1,5 млрд. км³. Однако 98% этого объема составляют соленые воды, и только 28 млн. км³ - пресные воды.

ледниках, подземных горизонтах.

белков (в виде рыб и др. организмов)
Используется практически во всех отраслях экономики: в энергетике, для орошения с/х угодий, для промышленного, коммунального и бытового водоснабжения.

основной объем пресных вод (почти 80%) составляют воды ледников, снежных покровов, подземных льдов многолетнемерзлых пород. В настоящее время они не используются и рассматриваются в качестве потенциальных водных ресурсов. Единовременный объем речных вод суши невелик - всего 2000 км³.

в сутки. Но в городах промышленно развитых стран водопотребление особенно велико. Например, в странах Европы оно поднимается до 300-400 л/сутки

энергетики забирается из водных источников 320 км³ воды, при этом 20 км³ теряется. С развитием промышленности расход воды все увеличивается, одновременно усиливается загрязнение воды промышленными отходами.

животноводческих ферм. Они чрезвычайно перегружены органическими соединениями и вызывают особенно быстрое загрязнение водоемов.

Новая Зеландия, Норвегия. Страны, ощущающие дефицит пресной
воды: Кувейт, Ливия, Саудовская Аравия, Израиль, Египет. Во многих из этих стран
Используются установки по опреснению морской воды.

бытовыми и промышленными стоками;
Сокращение водоносности рек; (последствия вырубки лесов, распашка пойм и осушение болот);
Снижение способности водоемов к самоочищению (не справляются с таким объемом отходов);
Чрезмерное потребление и загрязнение грунтовых вод (обмеление рек и озер)

и практически бесконтрольные промышленные сбросы грозят уничтожить экосистему многих водоемов.

Целлюлозно-бумажная и химическая промышленность губят все живое в реках и озерах.

непродуманные строительства водохранилищ и плотин (особенно на Волге) приводят к почти полному исчезновению многих видов рыб.

загрязнение грунтовых вод.

вод;
разработка новых технологий, обеспечивающих максимальную утилизацию промышленных отходов;
прекращение сброса неочищенных сточных вод
создание водоохранных зон, прилегающих к акваториям;
посадка в прибрежной полосе рек древесно-кустарниковой растительности.

?»

Какая-то часть химических загрязняющих веществ возникает в результате природных (геологических) процессов, главным образом при выветривании пород. Но подавляющее их большинство возникает в результате деятельности человека. Такие вещества можно разделить на две основные категории:
вещества, которые являются сами по себе ядовитыми для водных организмов и которые за определенное количество времени делают воду непригодной для человека;
материалы, которые (хотя и не ядовиты сами по себе) изменяют естественное состояние воды, угрожая выживанию водных растений и животных.
Необходимо отметить, что загрязняющие вещества могут вступать в довольно сложные реакции с другими веществами, например, соединяться с компонентами осадков, выделяя при этом дополнительно токсичные химические загрязнения.
- Какие предприятия, расположенные на протяжении территории реки Обь являются источниками загрязнения ?

чистоты поверхностных вод. Указатель самой чистой воды – форель (в природе она обитает в чистой проточной воде), а самой грязной –карп (живет в стоячей воде). По наличию состояния животных организмов можно судить о качестве воды. Наибольшее разнообразие видов характерно для чистых водоемов. По мере загрязнения водоема многие из них гибнут, а те, что остаются начинают усиленно размножаться. Например, массовое размножение мотыля, червей – трубочников, дафний указывает на сильное загрязнение водоемов. Показатели чистоты водоема – кувшинка белая, кубышка желтая, ольха. В чистом водоеме живут и размножаются окунь, ерш, судак, щука, жерех. Пропали в реке раки – первый сигнал тревоги: воду чистой не назовешь. Пропали лягушки совсем плохо, река мертва.
2. Всякий естественный водоем обладает способностью к самоочищению. К огромной армии санитаров относятся бактерии, грибы, водоросли. Бактерии, например, очень быстро размножаются. За 10 часов из одной бактерии образуется 1 млн новых. Они могут поглощать в сто раз большее количество вещества, чем весят сами. Что же касается водорослей, то они еще, кроме того, что обогащают воду кислородом. Очищаться от вредных примесей водоемам помогают друзья из мира растений суши. Ива и ольха своими корнями извлекают из воды попавшие туда из полей минеральные удобрения. Кроме того, прибрежная зелень обогащает слой воздуха над водной поверхностью кислородом, который необходим для процессов самоочищения воды, кроны деревьев затеняют реку ветвями и благодаря этому уменьшается испарение воды.

вследствие увеличения в воде нерастворимых примесей - песка, глины, ила за счет смыва дождевыми водами с распаханных участков (полей), поступления суспензий из действующих предприятий горнодобывающей промышленности, пыли, переносится ветром в сухую погоду и т.п. Твердые частицы снижают прозрачность воды, подавляя развитие водных растений, забивают жабры рыб и других водных животных, ухудшая вкусовые качества воды, а то и делают ее вообще непригодной для потребленияя.

примесей неорганического (кислоты, щелочи, минеральные соли) и органического происхождения (нефть и нефтепродукты, моющие средства, пестициды и т.п.) Вредное воздействие токсичных веществ, попадает в водоемы, усиливается за счет так называемого кумулятивного эффекта, заключается в прогрессирующем увеличении содержания осадочных соединений в каждом последовательном звене пищевой цепочки. Так, в фитопланктоне содержание вредного соединения оказывается вдесятеро выше, чем у воде, в зоопланктоне (личинки, мелкие рачки и т.п.) - еще в десять пятеро, в рыбе, которая питается зоопланктоном, - еще десять раз А в организме хищных рыб (таких как щука или судак) концентрация яда увеличивается еще десять раз и, следовательно, будет в десять тысяч раз выше, чем в воде! Столько ртути, сколько ее содержится в медицинском термометре.
Особого вреда водоемам наносят нефть и нефтепродукты, которые образуют на поверхности пленку, которая препятствует газообмену между водой и атмосферой и снижает содержание кислорода в воде, 1 т нефти способна расплыться на 12 км2 поверхности воды Оседая на дно, сгустки мазута убивают донные микроорганизмы, участвующие в самоочищении воды Гниение донных осадков, загрязненных органическими соединениями, продуцирует в воду в вредные соединения, в частности сероводород, который загрязняет воду в реке или озере.

спор грибков, яиц червей и т д, многие из которых являются болезнетворными для людей. Среди биологических загрязнителей первое место занимают коммунально-бытовые стоки (особенно, если они неочищенные или очищенные недостаточно), а также стоки предприятий сахарных заводов, мясо комбинатов, заводов, обрабатывают кожу, деревообрабатывающих комбинатов. Особого вреда биологическое загрязнение водоемов наносит в местах массового отдыха людей (курортные зоны побережья морей) Из-за плохого состояние канализационных и очистных сооружений в последнее время неоднократно закрывались пляжи, поскольку в морской воде было обнаружено возбуждение таких опасных болезней, как холера, дизентерия, гепатит.

и других энергетических установок Теплая вода изменяет термический и биологический режимы водоемов и вредно влияет на их обителей. Как показали исследования гидробиологов, вода, нагретая до 26-30 ° С, действует угнетающе на рыб и других обитателей водоемов, а если температура воды поднимается до 36 * С, вся рыба погибает. Наибольшая опасность от теплой воды выбрасываемой водоемы атомных электростанций.

состояние здоровья населения и благоприятные условия вы для санитарно-бытового использования
учет запаха,
количества взвешенных веществ,
прозрачности,
цвет
окисляемости,
содержания растворимого ила,
биологической потребности кислорода (БПК),
плотного остатка,
количества солей, хлоридов, фенолов, нефтепродуктов, жесткости

осадок твердых загрязнителей, химические, биохимические и другие природные процессы, что приводит одить к удалению из водоема загрязнителей и возврат воды до ее первоначального состояния .
Однако способность водоема к самоочищению имеет свои пределы Сейчас в водоемы стало поступать так много сточных вод, а сами эти сточные воды настолько загрязнены различными токсическими (ядовитыми) для обитателей водоемов загрязнителями, что многие из водоемов начали деградировать Поэтому человечество, если оно хочет иметь будущее, должны прибегнуть я к специальным достаточно дорогих и трудоемких мероприятий для очистки загрязненных вод и возврата источников водоснабжения до состояния, когда бы они стали пригодными для использования К мероприятиям, имеющим ограничение на использование водных объектов, можно отнести:
- нормирование качества воды, т.е. разработку критериев ее пригодности для различных видов водопользования;
- сокращение объемов сбросов загрязнений в водоемы путем совершенствования технологических процессов

уничтожения в них болезнетворных микробов (стерилизация)
Механическая очистка заключается в удалении из сточных вод нерастворимых веществ (песка, глины, ила), а также жиров и смол Для этого используют отстойники, сита, фильтры, центрифуги и т.д. Современные методы на лучших зарубежных установках позволяют выделить до 95% твердых нерастворимых загрязнителей из сточных вод.
Химическая очистка сточных вод производится после их механической очистки При этом в загрязненную различными соединениями воду добавляют специальные вещества-реагенты, которые, вступая в реакцию с загрязнителями, безвредные или нерастворимые вещества, которые выпадают в осадок и удаляются.
Биологическая очистка заключается в использовании естественных или искусственных водоемов, где в сточные воды (уже очищены механическим и химическим способами) добавляют специальные микроорганизмы, питающиеся органическими дом мешками, имеющимися в сточных водах (органическими кислотами, белками, фенолами и др.), раскладывая их в простых безвредных соединений (воды, углекислого газа, минеральных солей.
Некоторые особо токсичные сточные воды химических предприятий вообще не поддаются очистке никакими современными методами их приходится хоронить, закачивая в подземные хранилища. Таким образом, создаются небо безопасные объекты, поскольку всегда существует угроза попадания таких ядовитых вод в подземные водоносные горизонты. Иногда такие воды подвергают испарению в отстойниках, чтобы уменьшить массу и объем отходов, нуждающихся в захоронении

В отличие от хлора, источником этих солей являются не станции обеззараживания или котельные, а сама природа. Грунтовые воды, проходя через известковые породы, вымывают и растворяют в себе минеральные вещества, в том числе соли кальция и магния. То есть вода имеет повышенную жесткость уже в момент ее забора. Очень часто показатель жесткости воды, полученной из скважин (что по устоявшемуся мнению очень хорошо) в несколько раз превышает уровень жесткости городской водопроводной воды.
Чем это плохо? Ну, с накипью в чайнике и беловатым налетом на сантехнике все сталкиваются в повседневной жизни. Из рекламных роликов большинству известно, что накипь образуется и на нагревательных элементах стиральных машин. Некоторым, увы, не посчастливилось столкнуться с проблемами со здоровьем – отложением солей и камнями в почках. И технику жалко, и здоровье. Но... у кофе и чая, заваренных мягкой водой, лучше вкус и аромат, чешское (или питерское) пиво сварено на мягкой воде. Согласно нормам потребления воды, из 300-400 ежедневно расходуемых литров основная часть идет на хозяйственно-бытовые нужды, для приготовления пищи необходимо 5-10, человек выпивает максимум литр-два.

воды (выше 5-7 мг-экв/л) в кровеносных сосудах образуются наросты, а на зубах и в желудке – камни… И при воздействии воды на кожу ситуация та же самая: чем меньше её жесткость, тем лучше. И вот почему: как известно, кожа дышит через поры, через них же выводятся и всякие шлаки. Так вот, кальций, содержащийся в жесткой воде в избытке, соединяется с этими выделениями и закупоривает поры. Причем связь тут прямая: чем жестче вода, тем опасней закупорка. При этом под кожей образуются кристаллы кальция – та самая накипь, которая появляется в чайниках. Это проявляется в сухости кожи после умывания и принятия душа. Кожа в результате высушивается, начинает шелушиться, появляются морщины, перхоть, возникают раздражения, фурункулы и прочие неприятности.

начинает дышать, как после парилки. Благотворное действие мягкой воды знали всегда. Особенно в России. Умыться дождевой водой, растереться снегом – что может быть лучше для здоровья! Потому так же полезна для кожи и талая вода, почти не содержащая солей жесткости. Но здесь терапевтическое воздействие на кожный покров гораздо более сложное и эффективное, что, в первую очередь, связано со структурированием воды. 

В быту, жесткая вода:
снижает эффективность моющих средств и мыла;
сокращает срок службы одежды, нарушая ее цветовой окрас и заставляя применять при стирке различные смягчающие кондиционеры-ополоскиватели;
капли жесткой воды, высыхая на стеклянной посуде оставляют белесые круги;
жесткая вода неприятна для умывания и купания;
помытые в жесткой воде волосы также становятся жесткими, что устраняется применением кондиционеров;
в нагреваемой посуде и нагревательных элементах, контактирующих с жесткой водой образуется со временем толстая накипь.

смягчить жесткую питьевую воду. Для воздействия на нее они используют магнитное поле, создаваемой парой магнитов, для удаления различных примесей, а также ионов кальция и магния из воды. Магниты располагаются снаружи водопроводной трубы. Эффективность магнитных смягчителей весьма сомнительно. Единственное место, где они точно дают какой-то результат — это трубы в котельных. В результате воздействия магнитного поля отложения трубах получаются более рыхлыми и легко удаляющимися. Душевые насадки. Выполняются в виде различных насадок накручиваеммых непосредственно перед душевой лейкой. Согласно рекламе насыщают воду витамином С, удаляют остаточный хлор, ароматизируют и смягчают воду. Если ознакомиться с описанными функциями душевых насадок поближе, то можно обнаружить совсем фантастические их свойства, которыми по заверениям производителей они обладают. Больше всего понравились сокращение расхода воды на 50% за счет меньшего разбрызгивания и увеличение скорости и давления воды в 1,5 раза. Исходя из последних утверждений можно сделать вывод, что это устройство класса помочь не поможет, но и не повредит и ориентировано на наивного и легко поддающегося убеждению покупателя.

находится фильтрующий элемент, выполненный в виде сменного картриджа. Являются одним из самых простых и дешевых способов очистки водопроводной воды. Но, как показывает практика дешевым этот способ является лишь в момент первоначального приобретения фильтра. Затем вам нужно будет периодически менять сменный картридж для эффективной работы фильтра. Для смягчения воды применяют кардриджи из активированного угля. Ионообменные умягчители воды. Жесткая вода, как известно, может приводить к быстрому выходу из строя стиральных и посудомоечных машин. Поэтому, для них рекомендуется смягчать воду, с чем успешно справляются ионообменные умягчители воды. Устройства данного типа состоят из двух резервуаров. Один со специальной ионообменной смолой, а другой с солевым раствором. Вода сначала проходит через резервуар со смолой, в которой ионы смолы вступают в реакцию с солями кальция и магния и удаляют их. Затем воды проходи резервуар с солевым раствором, где недостающие ионы кальция и магния заменяются ионами натрия. Таким образом за счет магнитного обмена смягчается жесткость воды.

основе этого способа использовано свойство воды при котором она проходя через полупроницаемую мембрану из более концентрированного раствора в менее концентрированный в результате воздействия давления, превышающего разницу осмотического для обоих растворов, задерживает растворенные в нем примеси. Качество опресненной данным способом воды очень высоко и приближается к особо чистой воде. Но, самым большим недостатком данной технологии является то, что она удаляет как вредные примеси из воды, так и полезные. Смягчающие соли. Использование смягчающих солей является обязательным для многих посудомоечных машин. Она не дает накипи испортить посудомойку и выпускается в виде специальных таблеток. Количество применяемых таблеток зависит от жесткости воды и многие посудомойки имеют встроенный индикатор, подсказывающий когда нужно добавлять соль. Термические методы. Основаны на нагревании, дистиляции или вымораживании воды и их различных комбинациях.

подразумевается масса (в граммах) сухих солей (преимущественно NaCl) в 1 кг морской воды. Средняя солёность вод мирового океана постоянна и составляет 35 г/кг морской воды.
Наряду с NaCl в морской воде содержатся K+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Br-, F-, H3BO3, которые можно получать из морской воды в промышленных масштабах (Таблица). Среди других веществ, содержащихся в морской воде в концентрациях от 1 млн. д. до 0,01 млн. д., встречаются литий (Li), рубидий (Rb), фосфор (P), йод (J), железо (Fe), цинк (Zn) и молибден (Mo). Кроме этих элементов в морской воде обнаружено около 30 других элементов в более низких концентрациях.

реагенты, которые при взаимодействии с растворёнными в ней ионами солей (хлориды, сульфаты), образуют нерастворимые, выпадающие в осадок соединения. Вследствие того, что морская вода содержит большое количество растворенных веществ, расход реагентов весьма значителен и составляет примерно 3—5% количества опресненной воды. К веществам, способным образовывать нерастворимые соединения с ионами натрия (Na+) и хлора (Cl-), относятся соли серебра (Ag+) и бария (Ba2+), которые при обработке солёной воды образуют выпадающие в осадок хлористое серебро (AgCl) и сернокислый барий (BaSO4). Эти реагенты дорогостоящие, реакция осаждения с солями бария протекает медленно, соли бария токсичны. Поэтому химическое осаждение при опреснении воды используется очень редко.

из нее пара. Процесс осуществляется в специальных дистилляционных установках – опреснителях путем частичного испарения воды и последующей конденсации пара. В процессе дистилляции более летучий компонент (низкокипящий) переходит в паровую фазу в большем количестве, чем менее летучий (высококипящий). Поэтому при конденсации образовавшихся паров в дистиллят переходят низкокипящие, а в кубовый остаток — высококипящие компоненты. Если из исходной смеси отгоняется не одна фракция, а несколько, дистилляция называется фракционной (дробной). В зависимости от условий процесса различают простую и молекулярную дистилляцию.

ковалентно связанных с ионогенными группами (иониты), обратимо обмениваться ионами растворённых в воде солей (проивоионы).
В зависимости от заряда иониты подразделяются на положительно заряженные катиониты (H+) и отрицательно заряженные аниониты (OH-). В катионитах – веществах, аналогичным кислотам, анионы представлены в виде нерастворимых в воде полимеров, а катионы (Na+) подвижны и обмениваются с катионами растворов. В противоположность катионитам, аниониты - по химической структуре основания, нерастворимую структуру которых образуют катионы. Их анионы (обычно гидроксильная группа ОН-) способны обмениваться с анионами растворов.
Процесс ионнообменного опреснения воды заключается в последовательном прохождении воды через через неподвижный слой ионита в периодическом процессе или противоточным движением воды и ионита в непрерывном процессе. В этом процессе катионы и анионы солей обрабатываемой воды последовательно связываются с ионитами, в результате происходит её обессоливание.

полупроницаемые мембраны под воздействием давления, существенно превышающего разницу осмотических давлений пресной и морской воды (для морской воды 25-50 атм.). Такие мембраны изготавливаются отечественной промышленностью из полиамида или ацетата целлюлозы и выпускаются в виде полых волокон или рулонов. Через микропоры этих мембран могут свободно проникать небольшие молекулы воды, в то время как более крупные ионы соли и другие примеси задерживаются мембраной.
Обратный осмос используется в нашей стране с начала 1970 годов в различных технологиях очистки воды от примесей, в том числе для опреснения воды. Современные промышленные установки обратного осмоса включают фильтр тонкой очистки воды, систему реагентной подготовки, насос высокого давления, блок фильтрующих модулей, блок химической промывки.

перемещаться через мембрану под действием градиента электрического поля. При этом катионы перемещаются по направлению к отрицательному электроду (катоду), а анионы движутся в противоположном направлении к положительно заряженному электроду (аноду). Катионы и анионы разделяют, используя специальные проницаемые для ионов ионоселективные мембраны. В результате в ограниченном мембранами объёме, происходит снижение концентрации солей.

образующийся из морской воды, является пресным, поскольку образование кристаллов льда при температуре ниже температуры замерзания происходит только из молекул воды (явление криоскопии). При искусственном медленном замораживании соленой морской воды вокруг центров кристаллизации образуется пресный лед гексагональной игольчатой структуры со средней плотностью 930 кг/м3. При этом в межигольчатых каналах концентрация раствора и его плотность, повышаются, и он, как более тяжелый, по мере замораживания оседает вниз. При последующей сепарации, промывки и таянии кристаллического льда образуется пресная вода с содержанием солей 500-1000 мг/л NaСl.
Замораживание морской воды проводят в кристаллизаторах (контактные, вакуумные, с теплообменом через стенку) в условиях непосредственного контакта охлаждаемого раствора с хладагентом – газообразным или жидким.

человека.
2. Характеристика воды, ее современное состояние.
3. Причины загрязнения воды. Виды загрязнения воды и способы ее очистки.
4. Классификация водных ресурсов.
5. Причины солености вод мирового океана и способы ее опреснения.
Зависимость растворения твердых веществ и газов от температуры (д/з)