Пресная вода

             Пресная вода

            О.В.Мосин
            Виды пресной воды
            Все имеющиеся на Земле запасы пресной воды составляют лишь небольшую
            часть общего количества воды. Они возникают в результате испарения
            воды из океанов и с поверхности суши, а также с листьев растений.
            Накапливающиеся в атмосфере пары воды переносятся вследствие
            глобальных циркуляции атмосферы в другие географические широты, где
            выпадают в виде осадков-дождя или снега. Выпадающая в виде осадков
            вода сбегает в реки или собирается в озера и подземные резервуары. В
            конце концов она испаряется или уносится реками обратно в океаны.
            Приблизительно 10% пресной воды расходуется на домашние нужды,
            остальное идет на нужды сельского хозяйства и промышленности. Для
            получения одного фунта сахара требуется около 200 л воды, для
            выращивания одного фунта зерна (с учетом осадков) 700 л воды, а для
            получения одного фунта синтетической резины 1200 л воды.
            Увеличение расхода воды на домашние нужды обгоняет рост населения,
            поскольку возрастает использование таких бытовых приборов, как
            автоматические посудомойки, стиральные машины и устройства для
            удаления мусора. В автоматической посудомойке требуется 40 л воды на
            одну загрузку, что приблизительно вдвое больше, чем при мытье посуды
            вручную. Средний американец ежедневно расходует примерно 200 л воды,
            не считая воды, расходуемой на поливку газонов и садов.
            Вода для домашних нужд, сельского хозяйства или промышленных
            предприятий поступает из озер, рек и подземных источников либо из
            искусственных резервуаров. Большая часть воды, попадающей в систему
            водоснабжения, была предварительно «использована»; она уже прошла
            через одну или несколько канализационных систем или промышленных
            предприятий. Поэтому ее обычно приходится предварительно
            обрабатывать, прежде чем она попадает в наши водопроводные краны.
            После использования воду снова необходимо обрабатывать, чтобы она не
            загрязняла озера и реки, куда ее возвращают. Важность обработки
            канализационных и сбросовых вод после их промышленного использования
            становится все более очевидной, так как многие воды подвергаются
            многократному использованию, прежде чем они попадают в моря и
            океаны.
            Пресная вода подразделяется на две группы: обычную воду и
            минеральную.
            В переделах каждой группы вода сильно отличается по составу в связи
            с геологическими и географическими особенностями. Эта классификация
            справедлива для вод естественного происхождения, но, помимо них,
            существуют искусственные воды, создаваемые человеком целенаправленно
            или в качестве отходов хозяйственной деятельности. К ним относятся
            искусственные минеральные воды, опресненная вода (из морской) и
            дистиллированная вода, а также особые воды, насыщенные тем или иным
            компонентом, например серебряная вода. Что же касается жидких
            отходов, то они представлены сливами и сточными водами.
            Обычная пресная вода
            Пресные воды рек и озер различны по химическому составу. Эти
            различия возникли изначально и связаны с климатической зоной и
            особенностями местности, в которой находится водоем. Вода —
            универсальный растворитель, а это значит, что ее насыщенность
            минералами зависит от почвы и залегающих под нею горных пород. Кроме
            того, вода подвижна, и, поэтому, на ее состав влияют выпадающие
            осадки, таяние снегов, половодье и притоки, впадающие в более
            крупную реку или озеро.
            Пресная вода не является идеально чистой. В ней содержатся
            растворенные газы (главным образом О2, N2 и СО2), множество катионов
            (преимущественно Na+, K+, Mg2+, Ca2+ и Fe2+), а также анионов
            (преимущественно Cl-, SO42+ и НСО3-). Обычно в ней присутствуют
            взвешенные частицы твердых веществ, например глины.
            Количество растворенного в воде кислорода является важным
            показателем ее качества. Кислород необходим для жизни рыб и
            большинства других водных форм жизни. Рыба, обитающая в холодных
            водах, может существовать при наличии в воде приблизительно 5 млн.
            долей растворенного кислорода. Вода, полностью насыщенная воздухом
            при давлении 1 атм и 20°С, содержит приблизительно 9 млн. долей О2.
            Аэробные бактерии поглощают растворенный в воде кислород для
            окисления органических веществ, которые служат им пищей и
            удовлетворяют их энергетические потребности. Органические вещества,
            способные окисляться бактериями, называются биоразложимыми.
            Окисление происходит в результате сложной последовательности
            химических реакций, сопровождающихся постепенным исчезновением
            органического вещества. Содержащиеся в биоразложимых веществах
            углерод, водород, кислород, азот, сера и фосфор превращаются главным
            образом в СО2, Н2О, NO3-, SO42-. и фосфаты. Происходящие в воде
            окислительные реакции иногда снижают количество растворенного
            кислорода до уровня, при котором невозможно дальнейшее существование
            аэробных бактерий. В этих условиях процесс разложения выполняют
            анаэробные бактерии, в результате чего образуются такие продукты,
            как СН4, NH3, H2S и PН3.
            Количество растворенного кислорода, необходимое для разложения всех
            биоразложимых органических отходов в воде, называется биохимической
            потребностью в кислороде (БПК). БПК указывает перегруженность воды
            органическими загрязнителями. Стандартной пробой на такие
            органические вещества является пятидневная проба БПК. При проведении
            этой пробы загрязненную воду разбавляют насыщенной воздухом
            дистиллированной водой, чтобы обеспечить избыток кислорода, и
            измеряют количество растворенного кислорода в полученном растворе.
            Затем раствор выдерживают в течение 5 дней при 20°С, после чего
            снова измеряют количество растворенного в нем кислорода. Пятидневную
            БПК, обозначаемую БПК5, вычисляют как количество израсходованного
            растворенного кислорода. Пятидневная БПК обычно составляет
            приблизительно три четверти полной БПК воды. У нормальной питьевой
            воды БПК5 не превышает 1,5 млн. долей О2. Канализационная вода до
            предварительной обработки обычно имеет БПК5 от 100 до 400 млн. долей
            О2.
            Микробиологический состав воды зависит от водной флоры и фауны, от
            лесов и лугов на берегах водоема и еще от множества других причин,
            не исключая факторы космического свойства. Патогенность микробов
            резко возрастает в годы солнечной активности: прежде почти
            безвредные становятся опасными.
            Большое значение в характеристике свойств воды играет показатель её
            чистоты. Существует несколько важных показателей качества пресной
            природной воды: кислотность рН (или водородный показатель),
            жесткость и органолептика.
            рН связана с концентрацией ионов водорода в среде, измеряется с
            помощью простого прибора рН-метра» и дает нам понятие о кислотных
            или щелочных свойствах воды как растворителя:
            рН < 7 — кислая среда;
            рН = 7 — нейтральная среда;
            рН > 7 — щелочная среда.
            Это очень важный показатель не только для воды, но и для
            человеческого организма, кислотный баланс которого должен
            выдерживаться в определённых рамках: допустимые значения рН
            составляют от 7,38 до 7,42 и не могут отклоняться даже на 10% от
            этого диапазона. При рН = 7,05 человек впадает в предкоматозное
            состояние, при рН = 7,00 наступает кома, а при рН = 6,80 — смерть.
            рН человеческого организма сохраняется так называемыми буферными
            растворами физиологических жидкостей (мочи, крови, лимфы и слюны) в
            состав которых входят карбонатный и фосфатный буферы.
            Жесткостью называется свойство воды, обусловленное содержанием в ней
            ионов кальция Са2+и магния Mg2+. Жесткость определяют по специальной
            методике, описанной в ГОСТах на питьевую воду, единицы ее измерения
            — моль на кубический метр (моль/м3) или миллимоль на литр (ммоль/л).
            Различаются несколько видов жесткости — общая, карбонатная,
            некарбонатная, устранимая и неустранимая; но чаще всего говорят об
            общей жесткости, связанной с суммой концентраций ионов кальция и
            магния.
            Под органолептическими характеристиками воды понимаются ее запах,
            вкус, цвет и мутность.
            Запах, цвет и вкус воды
            Запах воды определяют (землистый, хлорный, запах нефтепродуктов и т.
            д.) и оценивая интенсивность запаха по пятибалльной шкале (ноль
            соответствует полному отсутствию запаха):
            — очень слабый, практически неощутимый запах;
            — запах слабый, заметный лишь в том случае, если обратить на него
            внимание;
            — запах легко замечается и вызывает не одобрительный отзыв о воде;
            — запах отчетливый, обращает на себя внимание и заставляет
            воздержаться от питья;
            — запах настолько силен, что делает воду не пригодной к
употреблению.
            Вкус воды характеризуется определениями соленый, кислый, сладкий,
            горький, а все остальные вкусовые ощущения называют привкусами.
            Оценивают вкус по такой же пятибалльной шкале, как и запах, с
            градациями: очень слабый, слабый, заметный, отчетливый, очень
            сильный.
            Цвет воды определяют фотометрически, путем сравнения испытуемой воды
            с эталонными растворами, имитирующими цвет природной воды. Оценивают
            цвет по специальной шкале цветности с градациями от нуля до 14.
            Аналогичным образом исследуют и мутность.
            Свойства воды изучаются методами качественного и количественного
            химического анализа. На каждую примесь имеется свой ПДК — предельно
            допустимая концентрация, то есть такая, которая не наносит вреда
            нашему организму. Но есть вещества, вирусы и бактерии, для которых
            ПДК равен нулю, то есть их вообще не должно быть в воде. Вредные
            вещества и микрофлора могут присутствовать в воде, но в столь
            ничтожной концентрации, что их не определить самыми тонкими и
            точными методами анализа.
            
             5 пословиц на день
            Шутил Мартын, да спрятался под тын.
            Один рубит, а другой в дудку трубит.
            Наскажешь семь верст до небес, да всё лесом.
            Не радуйся нашедши, не плачь потерявши.
            Радость молодит, а горе старит.
            
             Пресная вода
            Вероятно, многие не в полной мере осознают истинное значение воды
            для человека. Это особенно справедливо для жителей северных районов
            нашей страны, где пресная вода имеется в относительном достатке.
            Однако то же самое нельзя сказать о жителях засушливых районов
            среднеазиатских республик. Там с детства человек умеет ценить и
            беречь воду, поскольку он знает, что без воды нет жизни. Несмотря на
            то что вода – самое распространенное на Земле вещество, запасы
            пресной воды довольно ограниченны. Они составляют около 20 тыс. км3
            на год. При норме водоснабжения 1000 т воды в год (с учетом
            промышленности и сельского хозяйства) на человека этого количества
            может хватить на 20 млрд человек. В настоящее время население нашей
            планеты составляет около 6 млрд. Демографы считают, что 20 млрд оно
            достигнет в 2100 г. Таким образом, природной пресной воды будет явно
            недостаточно. С учетом того, что источники пресной воды распределены
            на Земле неравномерно, в некоторых странах уже сегодня ощущается
            острая нехватка пресной воды. Для других регионов мира при
            относительном достатке пресной воды возникла проблема недостатка
            чистой воды, поскольку водоемы оказались загрязненными промышленными
            отходами и бытовыми стоками. До поры до времени природа сама
            справлялась с задачей очистки загрязненных человеком вод. Однако с
            ростом промышленного производства и с концентрацией населения в
            городах природе стало все труднее справляться с этой задачей. В
            связи с этим возникла необходимость в строительстве более
            совершенных и более производительных, но и более дорогих очистных
            сооружений.

            К основным потребителям пресной воды относятся: сельское хозяйство
            (70%), промышленность, включая энергетику (20%) и коммунальное
            хозяйство (~10%). В промышленном производстве наиболее водоемкими
            являются химическая, целлюлозно-бумажная и металлургическая
            промышленность. Так, на изготовление 1 т синтетического волокна
            расходуется 2500...5000, пластмассы – 500...1000, бумаги –
            400...800, стали и чугуна – 160...200 м3 воды. Опыт показывает, что
            на бытовые нужды житель благоустроенного города расходует 200...300
            л воды в день. Распределение потребления воды в среднем следующее:
            на приготовление пищи и питье расходуется всего лишь 5%, в смывном
            бачке туалета – 43, для ванны и душа – 34, на мытье посуды – 6, на
            стирку – 4, на уборку помещения – 3%.

            Для приготовления пищи и в качестве питьевой может быть использована
            природная вода, если она не содержит вредных микроорганизмов, а
            также вредных минеральных и органических примесей, если она
            прозрачна, бесцветна и не имеет привкуса и запаха. В соответствии с
            Государственным стандартом содержание минеральных примесей не должно
            превышать 1 г/л. Кислотность воды в единицах рН должна быть в
            пределах 6,5...9,5. Концентрация нитратного иона не должна превышать
            50 мг/л. Естественно, что она должна также отвечать
            бактериологическим требованиям и иметь допустимые показатели на
            токсичные химические соединения. Этим требованиям наиболее часто
            удовлетворяет колодезная и родниковая вода. Однако в больших
            количествах найти воду, отвечающую Государственному стандарту,
            трудно. Поэтому ее приходится очищать на специальных станциях.
            Основными стадиями очистки являются фильтрование (через слой песка)
            и обработка окислителями (хлором или озоном). В некоторых случаях
            приходится применять коагуляцию. Для этого используют сульфат
            алюминия Аl2(SO4)3. В слабощелочной среде, создаваемой карбонатами
            кальция, под действием воды эта соль гидролизуется и из нее
            получается хлопьевидный осадок гидроксида алюминия Al(OH)3, а также
            сульфат кальция CaSO4 в соответствии с уравнением

            Аl2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 = 2Аl(OH)3; + 3CaSO4; + 6CO2

            Гидроксид алюминия Al(OH)3 вначале образуется в виде мелких
            коллоидных частиц, которые со временем объединяются в более крупные.
            Этот процесс, называют коагуляцией. При коагуляции хлопья Al(OH)3
            захватывают взвешенные примеси и сорбируют на своей развитой
            поверхности органические и минеральные вещества.

            С давних пор для стерилизации питьевой воды использовалось простое
            кипячение, а древние греки добавляли в воду сухое вино, что
            создавало кислую среду, в которой погибали многие болезнетворные
            микробы.

            Питьевая вода должна содержать небольшие количества растворенных
            солей и газов. В зависимости от них в различных местах вода
            отличается по вкусу. Макрокомпонентами химического состава
            поверхностных и некоторых подземных вод считают ионы Na+, K+, Mg2+,
            Ca2+, HCO3–, SO42–,Cl–, NO3–. Ионы Fe2+, Fe3+, Al3+ в заметных
            количествах содержатся только в локальных подземных водах,
            характеризующихся кислой средой. Кремниевая кислота H2SiO3 является
            преобладающим компонентом в некоторых типах грунтовых и
            поверхностных вод с очень малой минерализацией, а также в термальных
            водах. Границей между пресной и минеральной водой считается
            содержание минеральных химических соединений в количестве 1 г/л.

            Природные воды, содержащие соли, растворенные газы, органические
            вещества в более высоких концентрациях, чем питьевая, называют
            минеральными. Некоторые из минеральных вод содержат биологически
            активные компоненты: CO2, H2S, некоторые соли (например, сульфаты
            натрия и магния), соединения мышьяка, радиоактивные элементы
            (например, радон) и др. Поэтому минеральные воды с давних пор
            использовали в качестве лечебного средства. В настоящее время
            минеральные воды делят на лечебные, лечебно-столовые и столовые.

            Лечебные минеральные воды проявляют свое действие в одних случаях
            при наружном, а в других – при внутреннем применении. Конечно, воды,
            пригодные для внутреннего применения, иногда оказываются полезными и
            при наружном использовании. В качестве лечебных вод широко известны
            сероводородные (например, воды в районе курорта Мацеста), в качестве
            лечебно-столовой воды наиболее известна «Боржоми», а в качестве
            столовых вод – «Нарзан» и «Ессентуки №20». В различных районах нашей
            страны как столовые широко используют разные местные минеральные
            воды, например, в Санкт-Петербурге известна вода «Полюстрово». Перед
            разливом в бутылки столовые минеральные воды обычно дополнительно
            насыщают углекислым газом до концентрации 3...4%.

            Дистиллированная вода, полученная конденсацией пара, практически не
            содержит солей и растворенных газов и потому неприятна на вкус.
            Кроме того, при продолжительном употреблении она даже вредна для
            организма. Это связано с вымыванием из клеток тканей желудка и
            кишечника содержащихся в них солей и микроэлементов, которые
            необходимы для нормального функционирования организма.

            Поскольку вода является очень хорошим растворителем, в природе она
            всегда содержит растворенные вещества, так как не существует
            абсолютно нерастворимых веществ. Их количество и характер зависят от
            состава пород, с которыми вода находилась в контакте.

            Наименьшее количество примесей и растворенных веществ содержится в
            дождевой воде. Однако даже она содержит растворенные газы, соли и
            твердые частицы. Соли, содержащиеся в дождевой воде, имеют свое
            происхождение из океанов и морей. Лопающиеся пузырьки на поверхности
            океанов выбрасывают в атмосферу довольно большое количество солей.
            Они захватываются потоками воздуха (особенно в штормовую погоду) и
            распределяются в атмосфере. Твердый остаток, который образуется при
            испарении дождевой воды, – это частички пыли, захваченные капельками
            дождя. Из 30 л дождевой воды при испарении остается примерно 1 г
            сухого остатка. Растворенными газами являются как основные
            компоненты воздуха, так и загрязнения, встречающиеся в данном
            районе. Состав дождевых осадков над морем согласуется с правилом,
            согласно которому он идентичен тому, что получается при добавлении к
            1 л дистиллированной воды 1,5 мл морской воды.

            Получение высокочистой воды – весьма сложная задача. Поскольку она
            хранится в каком-то сосуде, в ней должны быть примеси материала
            этого сосуда (будь то стекло или металл). Для прецизионных научных
            исследований наиболее чистую воду получают методом ректификации
            (перегонкой) дистиллированной воды во фторопластовых колоннах.

            Как уже было отмечено, основные запасы пресной воды на Земле
            сосредоточены в ледниках. Поскольку опреснение морской воды требует
            больших энергетических затрат и стоит очень дорого, разработаны
            проекты транспортировки айсбергов из районов Северного и Южного
            полюсов к месту потребления и превращения льда в пресную воду.
            Однако пока эти проекты не были осуществлены.

            Крупными резервуарами пресной воды являются болота. По некоторым
            оценкам в болотах содержится воды столько же, сколько и в озерах.
            Существует широко распространенное мнение, что болотная вода
            непригодна для питья. Ее часто называют «гнилой». По-видимому,
            отпугивающим аргументом выступает цвет болотной воды. Однако
            исторические записи свидетельствуют о том, что в далеком прошлом
            болотной водой заправляли корабли, отправляющиеся в далекие
            плавания. Такая вода долго сохраняла свои питьевые качества.
            Считают, что причиной этого служили содержащиеся в ней фенолы,
            которые играли стерилизующую роль. Заметим, что сам фенол
            (карболовая кислота) широко используют в медицине как
            антисептическое средство.

            Еще в глубокой древности было известно, что вода, находящаяся в
            контакте с металлическим серебром, приобретает целебные свойства.
            Древние индусы обеззараживали воду погружением в нее пластинок из
            металлического серебра. В русской православной церкви прихожане
            получают «святую» воду, которая выдерживается в серебряных сосудах.
            В некоторых странах существовал обычай при освящении колодцев
            бросать в них серебряные монеты. Поскольку эти наблюдения были
            сделаны разными народами и в различных частях света, должна быть
            объективная причина проявления особых свойств «серебряной» воды. В
            настоящее время существует широко распространенное мнение, что
            активным началом этой воды являются не атомы серебра, а ионы Ag+.
            Есть экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что эти ионы
            способны проникать внутрь клеток бактерий и нарушать их
            жизнедеятельность. Эффективность уничтожения бактерий в воде,
            содержащей следы ионов серебра, чрезвычайно высокая – в 1750 раз
            выше, чем действие карболовой кислоты. Бактерицидность «серебряной»
            воды сохраняется в течение многих месяцев.

            Читатель может сделать правильный вывод, что пользоваться столовыми
            приборами, изготовленными из серебра, не только приятно, но и
            полезно.

            Статистика, охватившая многие страны мира, показывает, что 80% всех
            заболеваний связано с плохим качеством питьевой воды и нарушением
            санитарно-гигиенических норм водоснабжения. И еще одна цифра – от
            болезней, связанных с водой, страдает треть населения планеты, т.е.
            2 млрд человек. После этих цифр так и хочется сказать: «будьте
            осторожны» и «берегите воду от загрязнений».
            Кукушкин Ю.Н.