Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Темы, связанные с водой, - основные в курсе неорганической химии, так как вода участвует во многих реакциях, часто является их продуктом или растворителем многих веществ, т.е. средой протекания реакций. Кроме того, вода - самое ценное вещество на планете Земля, необходимое для жизни.

2. Способы очистки воды

Бытовые способы очистки воды

Для очистки воды в бытовых условиях люди используют разные способы. Однако далеко не все знают, как правильно их необходимо осуществлять и какой может при этом возникнуть побочный эффект. Все способы очистки воды можно условно разделить на две группы: очистка без использования фильтров и очистка с использованием фильтров.

Очистка воды без использования фильтров.

Данный вариант наиболее распространен и доступен, поскольку для очистки воды не требуется приобретение дополнительных устройств, кроме как обычной кухонной посуды.

Кипячение

Кипячение используют для уничтожения органики (вирусов, бактерий, микроорганизмов и др.), удаления хлора и других низкотемпературных газов (радон, аммиак и др.). Кипячение действительно помогает в некоторой степени очистить воду, однако данный процесс имеет ряд побочных эффектов. Первый - при кипячении изменяется структура воды, т.е. она становится «мертвой», поскольку происходит испарение кислорода. Чем больше мы кипятим воду, тем больше погибает в ней патогенов, но тем более она становится бесполезной для организма человека. Второе - поскольку при кипячении происходит испарение воды, то концентрация солей в ней увеличивается. Они отлагаются на стенках чайника в виде накипи и извести и попадают в организм человека при последующем потреблении воды из чайника.

Как известно, соли имеют тенденцию накапливаться в организме, что приводит к самым различным заболеваниям, начиная от болезней суставов, образованию камней в почках и окаменению (циррозу) печени, и заканчивая артериосклерозом, инфарктом и мн. др. Кроме того, многие вирусы могут легко перенести кипячение воды, поскольку для их уничтожения требуются намного более высокие температуры. Также заметим, что при кипячении воды удаляется только газообразный хлор. В лабораторных исследованиях был подтвержден тот факт, что после кипячения водопроводной воды образуется дополнительный хлороформ (вызывает раковые заболевания), даже если перед кипячением воды была освобождена от хлороформа продувкой инертным газом.

Отстаивание

Отстаивание используют для удаления из воды хлора. Как правило, для этого водопроводную воду наливают в большое ведро и оставляют в нем на несколько часов. Без перемешивания воды в ведре удаление газообразного хлора происходит примерно с 1/3 глубины от поверхности воды, поэтому для получения сколь либо заметного эффекта необходимо следовать разработанным методикам отстаивания.

Вывод. Эффективность данного способа очистки воды оставляет желать лучшего. После отстаивания необходимо кипятить воду.

Вымораживание

Данный способ применяют для эффективной очистки воды с помощью ее перекристаллизации. Данный способ намного эффективнее кипячения и даже перегонки, поскольку фенол, хлорфенолы и легкая хлорорганика (ряд хлорсодержащих соединений - страшнейший яд) перегоняются вместе с водяным паром (последнее дадим на заметку поклонникам дистиллированной воды).

Многие под данным способом понимают следующее: налить воду в посуду и поставить ее в холодильник до появления льда, после вынуть посуду из холодильника и разморозить ее для питья. Сразу заметим, что эффект очистки воды вышеприведенным способом равен нулю, поскольку вымораживание - очень сложный и долгий процесс, эффективность которого целиком зависит от точного следования разработанным методикам. Данный способ основывается на химическом законе, согласно которому при замерзании жидкости сначала в наиболее холодном месте кристаллизуется основное вещество, а уж в последнюю очередь в наименее холодном месте затвердевает все, что было растворено в основном веществе. Данное явление можно наблюдать на примере свечи. В потухшей свече подальше от фитиля получается чистый прозрачный парафин, а в середине, где горел фитиль, собирается сажа и воск получается грязным). Этому закону подчиняются все жидкие вещества. Главное здесь - обеспечить медленное замораживание воды и вести его так, чтобы в одном месте сосуда его было больше, чем в другом.

Способы водоподготовки и методы очистки воды

Способов водоподготовки и методов очистки воды придумано уже немало. Причин загрязнений питьевой воды существует множество. Однако все они, так или иначе, связаны с источниками воды. Каждый тип источника имеет свои характерные причины, вызывающие загрязнение воды. Решением проблем, связанных с загрязнениями воды, является ее очистка. На сегодняшний день имеется ряд способов водоподготовки и методов очистки воды, позволяющих получить высокое качество питьевой воды практически из любого источника.

Периодически возникающие аварийные ситуации приводят к существенному ухудшению качества воды природных источников и соответственно качества питьевой воды. Только в последние годы отмечались резкое снижение её качества и появление в ней фенолов в количествах, превышающих ПДК в 100 и 1000 раз в промышленных районах России. В подземных водах часто обнаруживаются марганец, амины, нефтепродукты.

Барьерная роль существующих водопроводных очистных сооружений не велика, и в питьевой воде, потребляемой населением, содержатся практически те же загрязнения, что и в природной воде. Одним из наиболее реальных и высокоэффективных методов очистки воды от указанных загрязнений является озонирование. Озонирование воды позволяет существенно улучшить качество питьевой и очищенной сточной воды и решить проблемы: здравоохранения и экологии.

Озонирование воды позволит кроме решения основных задач по улучшению качества очищенных сточных вод, упростить технологию подготовки природных вод. Наиболее широкое применение технология озонирования получила в области подготовки питьевой воды. В существующем многообразии методов и способов решения проблемы качественной очистки и обеззараживания воды озонирование является предпочтительным, что вызвано:

трудностями решения проблем, связанных с образованием в очищенной воде в результате её хлорирования токсичных хлорорганических соединений;

недостаточным количеством хлорреагентов, выпускаемых российской промышленностью;

возможностью получения озона на месте применения;

высокой активностью озона в отношении обеззараживания воды от бактерий и вирусов.

Озонирование можно применять как альтернативный метод очистки воды взамен традиционного хлорирования, в сочетании с хлором, перекисью водорода и другими окислителями, вместе с УФ-облучением, обработкой ультразвуком, фильтрацией с использованием песка, активированного угля, ионообменных смол. Наиболее традиционным является использование озона в конце технологической схемы. Для эффективного обеззараживания при этом необходимо создать концентрацию озона 0.4-1 мг/л и поддерживать её в течение 4 минут. Озон можно использовать для предварительной обработки воды с целью перевода растворённых веществ в коллоидную форму с последующим осаждением на фильтрах, так как он обладает флокулирующим эффектом.

Преимущество озонирования состоит в том, что под действием озона одновременно с обеззараживанием происходит обесцвечивание воды, а также устраняются запахи и привкусы воды и вообще улучшаются её вкусовые качества. Озон не изменяет натуральные свойства воды, так как его избыток (не прореагировавший озон) через несколько минут превращается в кислород. С одной стороны, это вызывает некоторые технические трудности, а с другой - создаёт определённые преимущества, так как даже при некотором передозировании остаточные количества его не могут быть велики и не требуют устранения. Остаточный озон в количестве 3.5-5 мг/л в течение 30 минут снижается до 0.2-0.3 мг/л.

Озонная обработка удаляет земляной привкус воды в результате снижения концентрации геосмина в 5-10 раз. Несмотря на появление у воды после обработки озоном нового вкусового компонента, суммарные вкусовые качества озонированной воды улучшаются.

Озон начали применять для дезинфекции питьевых вод раньше, чем хлор. Но несмотря на это озон ещё не нашёл достаточного распространения в технике водоподготовки, особенно в России. Основными причинами этого являлась, по видимому, нехватка электроэнергии, а также то, что химические и физические свойства водного раствора озона ещё мало изучены. В настоящее время на ряде водоподготовительных установок в теплоэнергетике возникла также проблема интенсивного зарастания ионообменных фильтров биомассой. Не изменяя ионообменных свойств загрузки, биомасса увеличивает сопротивление загрузки, что приводит к существенному снижению скорости фильтрования.

3. Методические разработки по теме «очистка воды»

Проблема очистки воды

Цели. Обобщить знания о воде, полученные ранее в курсе природоведения и географии. Формировать умение рассуждать, прогнозировать результаты воздействия деятельности человека на живую природу. Рассмотреть два способа очистки воды: применяемый человеком и существующий в природе.

Оборудование и материалы. Рисунок «Увеличение годового расхода воды», схемы «Основные производства, загрязняющие природные водоемы», «Оборотное водоснабжение с повторным использованием очистных сточных вод», «Очистные сооружения».

На столах: пластиковые бутылки (одна - с плоским дном), ножницы, фломастер, промытый гравий и мелкий речной песок, бутылка с мутной водой, линейка, прозрачный полиэтиленовый пакет, резиновое кольцо, белый картон, простые карандаши, ручка с черными чернилами.

Ход урока

Учитель. Вспомните, в каком виде может находиться вода на планете Земля?

Ученик. Вода бывает атмосферной, подземной, поверхностной, в составе сложных минералов.

Учитель. Где используется вода?

Ученик. Для питья, хозяйственных и технических целей, поливки, охлаждения, лечения.

Учитель. Как вы думаете, какие требования предъявляются к воде, используемой в разных областях человеческой деятельности? Рассмотрим кратко эти требования.

Ученик. Питьевая вода, используемая в пищевой отрасли промышленности, не должна содержать легко разлагающиеся органические вещества, наличие солей - минимальное; для пивоваренного производства необходимо полное освобождение от сульфата кальция, для винокуренного - освобождение от хлоридов кальция и магния.

Хозяйственная вода, используемая в паросиловом хозяйстве, должна иметь возможно меньшую общую жесткость в пределах 0,17-0,64 мг/л, меньше содержать кремниевой кислоты, в ней должны отсутствовать масла, кислород и углекислый газ, свободные кислоты, хлорид ртути(II).

Вода, используемая для охлаждения (элементов конструкций, жидких и газообразных продуктов в холодильниках и конденсаторах), должна иметь возможно более низкую температуру, невысокую жесткость, возможно меньшее содержание органических веществ.

Вода для поливки (огородов, садов) не должна содержать солей более 1,5 г/л (иначе растения плохо растут).

Вода, используемая для различных производств:

кожевенное производство - отсутствие гнилостных бактерий и грибов;

производство искусственного волокна - низкая жесткость 0,17-0,64 мг/л, содержание кислорода не более 2 мг/л;

отделка натурального хлопчатобумажного волокна - отсутствие железа и органических веществ.

Учитель. Посмотрим, как возрастает потребность человечества в воде (рис. 1). Потребность в воде, причем не просто в воде, а достаточно чистой, у человечества все время растет. Откуда взять чистую воду? Можно ли использовать воду, которая уже побывала в производстве?

Рис. 1. Увеличение годового расхода воды

Чистой воды на Земле почти нет. Производства, загрязняющие воду, - те самые основные производства, без которых человечество уже не может существовать (рис. 2). Вот и возникает проблема: загрязняют воду многие предприятия, которым необходима достаточно чистая вода. Что же делать?

Рис. 2. Основные производства, загрязняющие природные водоемы

вода очистка загрязняющий методический

На сегодняшний день наиболее реальны два пути решения проблемы:

бережное расходование очищенной воды;

безотходное производство (очистка сточных вод и повторное их использование в условиях того же производства).

Вы никогда не задумывались, 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, ионообменный 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 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).

В зависимости от степени и характера загрязнения используют различные методы очистки сточных вод: механические, химические и биологические.

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

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 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.

Литература