На які потреби людина використовує прісну воду. Джерела прісної води та її використання. Завдання на обчислення витрати води

Водоспоживання- Використання водних ресурсів для задоволення потреб населення, комунально-побутового сектора, промисловості та сільського господарства, що обов'язково передбачає забір води з водних об'єктів. У вузькому значенні під водоспоживанням розуміється.

Виділяють дві основні категорії водоспоживання:

1. господарсько-питне та комунальне – споживання води для задоволення питних, побутових та поливомийних потреб;
2. виробниче чи технічне – споживання води для технологічних потреб промислового, енергетичного і транспортного секторів, протипожежних потреб тощо. буд. За типами розрізняють зворотне чи оборотне водоспоживання, що полягає у багаторазовому використанні води, і безповоротне водоспоживання, у якому вода використовується одноразово.

Історія організованого водоспоживання налічує кілька тисяч років – період існування розвинених людських цивілізацій. Перші споруди для централізованого водопостачання та водоспоживання населення з'явилися близько 3300 р. до н. е. на території сучасного Ірану. Пізніше інженерні мережі водопостачання з'явилися в Єгипті, Єрусалимі, а також у Стародавньому Римі, де водопостачанням було забезпечено 2 млн. жителів і подавалося близько 1 млн. м 3 води/добу, або приблизно 500 л/добу на людину. У Росії її перші системи водопостачання, побудовані XVII в. у Москві та Києві, постачали лише окремі споруди – Московський Кремль та Київську духовну семінарію. Однак уже у XX ст. Системи централізованого водопостачання були на території 215 великих і великих міст Росії. Проте, ці інженерні системи було неможливо забезпечити повноцінного водопостачання, і обсяг водоспоживання у більшості міст становила 20–50 л/сут на людини. Лише у Москві та Санкт-Петербурзі цей показник досягав 100–150 л/добу. Величина питомого добового водоспоживання душу населення сучасному світі коливається від 30–80 л/чел. у сільській місцевості до 200-600 л/чол. у містах, у 20–250 разів перевищуючи первинні фізіологічні потреби людини, що становлять ~2,5 л/добу.

З початку XX ст., у зв'язку з багаторазовим приростом чисельності населення і зростанням рівня життя завдяки технічному, економічному та соціальному прогресу, величина світового водоспоживання стала різко зростати. У 1900–1950 pp. водоспоживання населення планети зросло втричі, і з 1950 по 2000 гг. – уже у сім разів. На сьогоднішній день динаміка зростання водоспоживання така, що кожні 8–10 років світова потреба у воді зростає вдвічі.

Величина водоспоживання населення визначається низкою чинників, зокрема чисельністю населення, рівнем розвитку та станом житлово-комунального господарства, культури водоспоживання, кліматичними умовами розташування об'єкта. Величина виробничого водоспоживання у свою чергу, залежить від структури та потужності промислового підприємства, технічних особливостей та характеристик використовуваних технологій.

У цілому нині, водоспоживання держави визначається загальним рівнем її розвитку – у розвинених країн частку сільського господарства припадає до 50% водоспоживання, частку промисловості – до 40%, частку комунально-побутових потреб – близько 10%. Однак у середньому у світі величина водоспоживання сільським господарством сягає 70–80%, а країнах і більше.

За даними на 2012 р. в Росії основна частина видобутої води (60,2%) використовується у промисловості; 15,8% – у сільському господарстві та для господарсько-питних потреб, у т. ч. на зрошення – 13,7%. Решта – 10,3% на інші потреби. У 2011 р. сумарний водозабір із природних водних об'єктів зріс порівняно з 2010 р. на 1,5% і становив 77640,85 млн м 3 , що становило ~2% водних ресурсів країни.

Господарсько-питне водоспоживання

Має на увазі споживання води на приготування їжі, миття посуду, на питні потреби, в гігієнічних цілях, на прання та вологе прибирання. Основна витрата води в побуті припадає на роботу туалету (35%) та процедури особистої гігієни (прийняття ванни, душу та вмивання) – 32%. На прання йде 12% води, на миття посуду – 10%, на питво та приготування їжі – 3%, а на інші витрати, включаючи догляд за домашніми тваринами та поливання квітів – 8%. Всесвітньою організацією охорони здоров'я встановлено норму витрати води – 450 л/добу на душу населення. Проте середньодобове водоспоживання в країнах Євросоюзу, завдяки високому рівню побутової культури населення та високій вартості послуг водопостачання, значно нижчі за цю норму. Так, у Великій Британії – 140 л, у Німеччині – 130 л, у США трохи більше – близько 200 л/добу на людину.

Аналіз даних Євростату свідчить про те, що наприкінці першого десятиліття ХХІ ст. максимальна величина водоспоживання із централізованих мереж водопостачання у країнах Євросоюзу змінювалася країнами від 76 до 31 м 3 /чол. на рік. Цей розрахунок здійснено виходячи із загальної чисельності населення конкретних країн. При оцінках з урахуванням міського населення наведені цифри будуть вищими.

У Російській Федерації обсяг комунального водоспоживання за останні 20 років неухильно знижується. У 2012 р. загалом по всій країні вони становили 47–49 м 3 /рік, або 129–134 л/добу. на одну особу, а містами – 64–66 м 3 /рік, або 175–181 л/добу. на одного городянина.

На 2012 р. 67,7% населення Російської Федерації були забезпечені централізованим водопостачанням, решта 32,3% – нецентралізованим водопостачанням чи привізною водою. Водоспоживання із централізованих систем водопостачання має тенденцію до щорічного зниження на 4–6%. Частка підземних вод у загальному балансі господарсько-питного водопостачання становить ~45%, що набагато нижче, ніж у більшості європейських країн, хоча підземні води внаслідок кращої захищеності підземних джерел від забруднення можна з більшою ефективністю використовувати для комунального водопостачання. Більше 60% міст і селищ міського типу задовольняють потреби у питній воді, використовуючи підземні води, близько 20% мають змішані джерела водопостачання. У сільській місцевості частка підземних вод у господарсько-питному водопостачанні сягає 80%.

Технічне водоспоживання

Не існує жодного технологічного процесу, який би обходився зовсім без води. Так, для виплавки однієї тонни чавуну та переведення його в сталь та прокат витрачається 50 150 м 3 води, для виробництва однієї тонни міді – 500 м 3 , для отримання однієї тонни синтетичного каучуку та хімічних волокон – від 2 до 5 тис. м 3 води . Найбільш водоємними галузями є теплоенергетика, чорна та кольорова металургія, машинобудування, нафтохімічна, хімічна та целюлозно-паперова промисловість. Переважна кількість виробництв використовує лише прісну воду; новітнім галузям промисловості (виробництву напівпровідників, атомної техніки, полімерних матеріалів та інших.) необхідна вода особливої ​​чистоти. Витрата води на промислові потреби сумарно по світу збільшилася більш ніж у 60 разів, досягнувши 2000 р. 1900 км 3 , тоді як і 1900 р. споживалося лише 30 км 3 , 1950 р. – 190 км 3 , 1970 р. - 510 км 3 .

У Росії її, як і більшості європейських країн, найбільш водоємним сектором економіки є промисловість, частку якої припадає більше половини загального обсягу сумарного забору води з природних джерел. У сукупності сучасні промислові підприємства та теплові електростанції Росії витрачають таку кількість води, яку можна порівняти з сумарним річним стоком Єнісея та Олени.

Питома величина водоспоживання на виробничі потреби переважають у всіх галузях економіки РФ знизилася з 71 % 1970 р. до 53 % у середині 1990-х гг. Однак у міру відновлення промислового комплексу цей показник став зростати, досягнувши 60,2% до 2012 року.

Стабілізація водоспоживання промисловістю пов'язана з активним введенням в експлуатацію потужностей оборотного та повторно-послідовного водопостачання, а також загальною світовою тенденцією впровадження водозберігаючих технологій. При оборотному споживанні, коли відпрацьована вода після очищення знову використовується у виробництві, витрата води різко скорочується, наприклад теплова станція при прямоточному водоспоживання витрачає 1,5 км 3 /рік, при оборотному - 0,12 км 3 /рік, тобто. у 13 разів менше. Проте, використання води у системах оборотного водопостачання недостатньо: у Росії вода здійснює 3–4 обороти, тоді як у США – 7–8 оборотів.

Сільське господарство

З сімдесятих років минулого століття значно змінилася величина водоспоживання на потреби зрошення та обводнення в Росії. На початку 1970-х років. частка використання води для цих потреб становила 15% сумарного водоспоживання, на початку 1980-х гг. - 23%. Надалі з впровадженням водозберігаючих технологій, а пізніше через різке зниження площі поливаються (з 4,8 до 2,5 млн. га) та зрошуваних (з 6,2 до 4,3 млн. га) земель цей показник знизився до 2012 року. м. до 13,2%

У розвинених країнах відбувається перехід на водозберігаючі технології та сільському господарстві, так званому краплинному зрошенню.

Сучасна людина використовує прісну воду для різних потреб. Насамперед, звичайно, вода потрібна людині для підтримки життя, для приготування їжі та пиття, а також для особистої гігієни.

У господарську діяльність людини витрачається води багаторазово більше, ніж потрібно з його побутові і фізіологічні потреби.

У питаннях використання людиною води накопичено велику статистику, яка з достатньою достовірністю відображає реальну картину.

Вважається, що якщо людина кам'яної доби обходилася десятьма літрами води на день, то сучасній людині потрібно вже 220-230 літрів. При цьому на його фізіологічні потреби (пиття, приготування пиши) з цієї кількості піде не більше 5 відсотків.

Людина під час дихання щодобово виділяє 0,4 літра води, через шкіру при потіння - 0,6 літра, прямим шляхом із сечею - 1-1,5 літра, тобто. лише до 2,5 літра. Цю втрату води людина відновлює, споживаючи майже стільки ж води на добу. Виходить, що людина вагою 70 кг протягом дорослого життя (65-70 років) споживає 64 тонни води, тобто. у 1000 разів більше своєї маси.

Вода в організмі людини повністю змінюється в середньому за 17 днів.

Жодна господарська діяльність людини не можлива без води. Візьмемо сільське господарство. Щоб вирощувати зерно, овочі, фрукти, поливати городи, годувати та напувати домашніх тварин, потрібна величезна кількість прісної води. Для полів часто не вистачає води, яку приносять дощі, потрібне штучне зрошення. Люди вже не одне тисячоліття у різних районах Землі створюють іригаційні споруди та водосховища, прокладають канали. Зрошення з рік щорічно забирає близько 3000 км 3 води, або 68% всього водозабору.

Для промисловості всього світу щорічно витрачається близько 1000 км 3 води, що забирається з річок, озер та морів. Приблизно половина цієї кількості використовується на теплових електростанціях для одержання пари, гарячої води та охолодження генераторів, а решта - на інших підприємствах та транспорті.

Обсяг води, що забирається, був би ще більше, якби в промисловості не було зворотного водопостачання, тобто. багаторазового використання однієї й тієї ж води.

Усі енергетичні установки, двигуни внутрішнього згоряння, турбіни, ядерні реактори та ін. вимагають своєї нормальної роботи охолодження. Як охолодний агент найчастіше використовується вода. Робочий процес всіх перерахованих пристроїв і механізмів протікає таким чином, що як тільки тепло отримано в їхній робочій зоні, частина цього тепла, і досить значну, необхідно негайно відвести. Тепло, що відводиться, не завжди вдається використовувати для інших потреб, і воно за допомогою охолоджуючої води викидається в повітря. Ну, а на двигунах і генераторах, де застосована повітряна система охолодження, тепло, що відводиться, викидається в повітря безпосередньо або за допомогою вентиляторів.

З цим термодинамічний недолік енергетичних установок доводиться миритися, тому що їх конструкційні матеріали та мастила витримують робочі навантаження лише в обмежених температурних межах.

За даними статистики, в даний час для побутових, сільськогосподарських та промислових потреб у всьому світі з річок та озер йде близько 4400 км 3 води на рік. У порівнянні зі світовими запасами прісної води ця витрата води зовсім невелика: лише 10% річного стоку річок, 5% обсягу прісної води в озерах і менше 0,5% прісної води в льодовиках. Здавалося б, про що тут особливо турбуватися?

Тут слід зазначити, що частка прісної води у загальному обсязі води Землі незначна і становить лише 2 відсотка (близько 32 млн. км 3 ). Причому 80% цієї кількості майже недоступні від використання, т.к. це вода льодовиків, що розташовані в Антарктиді, Гренландії, а також поблизу Північного полюса і на вершинах високих гір.

Прісна вода нерівномірно розподілена по земній кулі. На Землі багато посушливих районів, де катастрофічно не вистачає прісної води. У цих умовах зараз живе не менше одного мільярда людей із шести мільярдів людей, які становлять все населення Землі. Зі зростанням населення проблема забезпечення водою лише загострюватиметься.

І справа навіть не в чисельності населення, а в тому, що чистої води стає дедалі менше. Природні води вже кілька століть забруднюються внаслідок господарської діяльності людини. Брудні стічні води, отрутохімікати, змиті дощем з полів, розчинені у воді гази промислових підприємств та транспортних засобів, скидання в річки та озера неочищених промислових стоків – все це губить воду.

Вже річного стоку рік всього світу не вистачає, щоб розбавити всі стічні води для доведення їх хоча б до мінімально прийнятного з погляду медицини та санітарії рівня.

У цих умовах такі дії, як використання чистої питної води для поливання вулиць і для роботи ватерклозетів (WC) і навіть миття посуду під струменем води з крана не можуть бути визнані нормальними.

Комісія ООН обстежила якість питної води у 122 країнах світу. Зі звіту про результати обстеження, опублікованого в 2003 році, випливає, що в той період найчистіша вода була у Фінляндії. За нею йшли Канада, Нова Зеландія, Великобританія та Японія. Росія була на сьомому місці (і це дуже непогано!). на останньому місці була Бельгія (що дуже дивно!). Чистіша, ніж у Бельгії, вода була навіть в Індії, Судані та Руанді.

Тепер нікого не дивує, що в магазинах міст та селищ Росії та інших країн поряд із мінеральною водою продається звичайна питна вода. Все більший попит мають побутові водяні фільтри. Підприємливі люди знаходять можливість отримати вигоду навіть із ситуації, що погіршується, з чистою водою. Наприклад, французька пивоварна фірма «Фішер» випускає пиво, пляшечка якого об'ємом 0,33 літри коштувала в перший рік випуску (2000 р.) 80 франків (майже 12 доларів), а тепер трохи дешевша. Чому така висока ціна? Виявляється, за твердженням фірми, це пиво вариться на воді з льоду гренландського, якому 250 тисяч років. Називається це пиво «63 про N/46 про W», що означає координати точки, звідки взято древній лід: 63 градуси північної широти, 46 градусів західної довготи.

Ступінь забруднення природних вод та темпи, з якими це забруднення відбувається, вимагають від людства вживання термінових заходів. Екологічна катастрофа вже почалася, і ми не маємо права вдавати, ніби нічого не відбувається.Але щоб розгорнути у світовому масштабі справді необхідні роботи з порятунку води та повітря, потрібне головне: політична воля керівників усіх без винятку держав та їх узгоджені дії. В іншому випадку нашим онукам (не кажучи вже про правнуків) не доведеться насолоджуватися свіжим повітрям і кришталево чистою, свіжою та смачною водою у звичайних природних умовах. А це вже буде виглядати як злочин поколінь, що нині живуть, перед наступними поколіннями і перед самою Природою.

Загальновідомо, що життя планети Земля виникла завдяки наявності води. Саме воду чи ознаки її присутності у минулому шукають американці на планеті Марс, щоб відповісти на запитання, чи було життя на Марсі.

Вода - найбільш поширена, доступна та дешева речовина. У воді зародилося життя, вийшло з нього, поступово заселивши сушу та повітря. Без води немислиме життя планети Земля, немислима життєдіяльність людини. Саме доступність та незамінність води зумовила її широке застосування у побуті, промисловості та сільському господарстві, медицині – у всіх сферах людської діяльності. Важко згадати, де вода не застосовується. Але саме це створює проблеми, пов'язані з її підготовкою до використання, з її очищенням .

Вода у природі

Вода - рідина без запаху, смаку, кольору (в товстих шарах блакитна); густина р = 1,000 г/см3 (при 3,98 ° С), Тплавл. = 0°C, Ткіп = 100°C. Одна з найпоширеніших речовин у природі. Гідросфера займає 71% біосфери. Біосфера, що включає всю сукупність живих організмів і ту частину речовини планети, яка перебуває в безперервному обміні з цими організмами, дуже тонка - від глибин океанських западин до висот снігових вершин шар біосфери досягає товщини всього 20 км, що становить лише 0,3% радіусу Землі. . До того ж, ця обітована плівка на поверхні Землі в основному водна, і в цьому сенсі наша планета є планетою Води.

Заглянемо в "Словник" Брокгауза та Єфрона: "мінерал" (від mina - підземний хід, штольня) - цю назву дають однорідним твердим або рідким неорганічним творам природи, певного хімічного складу, що входять до складу твердої оболонки землі, а також інших небесних тіл. .

Таким чином, рідка вода – рідкий мінерал, тверда вода (лід) – твердий мінерал. В останні десятиліття виявлено великі запаси палива у вигляді твердих кристалогідратів природних вуглеводнів. Вода - прекрасний розчинник і тому неможливо зустріти в природі рідку чисту воду, тобто воду, в якій не розчинені неорганічні та органічні речовини. Вода - прекрасне місце існування живих організмів і тому неможливо зустріти в природі "чисту" воду, тобто. воду, в якій не мешкали мікроби, бактерії, молюски, риби і т.д.

Вода та людина

Такий універсальний за властивостями та широтою поширення мінерал знайшов надзвичайно широке використання у життєдіяльності людини. Вода використовується в побуті, в промисловості, у сільському господарстві – де завгодно. Наведу приклади, у яких обсягах використовується вода.

У теплоенергетиці вода - теплоносій та робоче тіло. Теплові електростанції використовують для виробництва одного гігавата електроенергії 32-42 м3 в секунду води. Зокрема, на охолодження конденсатора турбіни лише один енергоблок використовується від 6 до 10 тис.м3/год. Якщо врахувати, що у 1990 р. СРСР виробив 1,726 млрд ГВт-год електроенергії, а до 2010 р. планував збільшити виробництво електроенергії тільки на ТЕС на 50-55%, то можна вважати, що розвал СРСР, різке падіння виробництва та значне зниження обсягів виробленої електроенергії врятували республіки колишнього СРСР екологічної катастрофи. У металургії вода використовується для охолодження обладнання як теплоносій і як робоче тіло для ТЕС, які є на кожному металургійному комбінаті, але не відносяться до Міністерства енергетики. Тобто, не враховані у наведених вище цифрах. Тільки охолодження однієї доменної печі використовується до 10 тыс.м3/ч.

У хімії вода – розчинник; один із реагентів деяких хімічних реакцій; "транспортний засіб", тобто середовище, що дозволяє переміщати реагенти, продукти реакції з одного технологічного апарату до іншого; теплоносій та холодоагент у теплових процесах. Зрештою, виведення в довкілля рідких відходів виробництва здійснюється також у вигляді водних розчинів і суспензій. Вказати загальні обсяги води, що використовується хімічною промисловістю, неможливо. Щоб мати хоч якесь уявлення про обсяги використовуваної води та водних розчинів, вкажу, що тільки содові заводи СРСР випускали на рік понад 1 млн т кальцинованої соди, а на виробництво 1 т кальцинованої соди (тільки у вигляді розчину хлориду натрію – розсолу) витрачалося 5,5 м3 розсолу. Потім у технологічному процесі цей обсяг збільшувався приблизно вдвічі та виводився у вигляді рідких відходів. Перемножити ці цифри зможе сам читач.

У медицині вода - розчинник, лікарський засіб, засіб санітарії та гігієни, "транспортний засіб". Підвищення рівня медичного обслуговування та зростання населення планети Земля природним чином веде до зростання водоспоживання на медичні цілі.

У сільському господарстві вода – транспортний засіб поживних речовин до клітин рослин та тварин, учасник обмінних реакцій, учасник процесу фотосинтезу, реакцій гідролізу, регулятор температури живих організмів. Об'єми води, що витрачаються для поливу сільськогосподарських рослин, при годівлі тварин, птиці, не поступаються обсягам, що використовуються промисловістю.

У побуті вода - засіб санітарії та гігієни, учасник хімічних реакцій, що протікають при приготуванні їжі, теплоносій, транспортний засіб, що видаляє продукти життєдіяльності людини у каналізацію. Норма водоспоживання однієї людини істотно різна в окремих містах. Так, наприклад, у Санкт-Петербурзі вона – 0,70 м3/міс, у середньому по Україні – 0,32 м3/міс, а в Європі – 0,11 м3/міс. Згадайте приблизно 6 млдр. людина, що населяє планету Земля і вам стане зрозуміло, чому час від часу виникають розмови про всі зростаючі проблеми з питною водою навіть у "мокрих" регіонах планети.

Що таке "чиста" вода?

Зрозуміло, що для мінералу, що походить з різних родовищ, різного складу і такого широкого діапазону застосування не можуть бути сформульовані єдині вимоги щодо якості. До сирої води, тобто води із джерела водовідбору, вимоги одні. До "очищеної" води, тобто води, підготовленої для подальшого використання, вимоги зовсім інші.

Більш того, уявлення про якість води, що використовується, з роками змінюються, відображаючи:

• знання про вплив на живий організм чи технологічний процес окремих компонентів розчину, званого водою;
• розроблені та освоєні методи аналізу;
• рівень розвитку науки та техніки;
• "зворотний зв'язок" між споживаною людиною водою і тим набором розчинених речовин, твердих включень та мікроорганізмів, які скидаються у вигляді стічних вод, рідких відходів промислового та сільськогосподарського виробництва.

Наприклад, років 200 тому з метою оцінки якості питної води використовувалися лише органолептичні методи: оцінка кольору, смаку, запаху. Наразі перелік аналізів, що виконуються санітарною лабораторією підприємства харчової промисловості, розміщується на двох сторінках, заповнених дрібним шрифтом. За традицією, у такому списку залишаються й органолептичні показники якості. Отримані у вигляді аналізу знання про склад води із джерела водопостачання повинні вести до технологічних прийомів очищеннявід тих чи інших забруднень. Так ми природно переходимо до обговорення методів водопідготовкиі водоочищення.

Що таке водопідготовка та очищення води?
Звернемося до довідкової літератури.
Енциклопедичний словник медичних термінів повідомляє:"Очищення води (син. очищення природних вод) - комплекс санітарно-технічних заходів, спрямованих на видалення домішок, що становлять небезпеку для людини".
Мала медична енциклопедія:"Очищення води - обробка води за допомогою різних технологічних прийомів (коагуляція, фільтрація та ін.) з метою покращення її органолептичних та фізико-хімічних властивостей відповідно до вимог ГОСТ - див. "вода".
Сільськогосподарський словник:"Очищення води - приведення якості вихідної води у відповідність до вимог споживача. Способи очищення води: освітлення (усунення каламутності), знебарвлення (усунення органічних речовин), знезараження, дезодорація, опріснення, пом'якшення".
Велика Радянська Енциклопедія:"Водопідготовка - обробка води, що надходить із природного вододжерела на харчування парових та водогрійних котлів або для різних технологічних цілей. Водопідготовка проводиться на ТЕС, транспорті, у комунальному господарстві, на промислових підприємствах.

Підведемо підсумок.
Водопідготовкою умовилися називати приведення якості води у відповідність до вимог промислових підприємств. Очищенням води, що використовується для потреб людини та тварин, називають приведенням якості води до норм, обумовлених відповідними ГОСТ.

Очищенням стічних вод, що скидаються промисловими та комунальними підприємствами, за аналогією назвемо приведення складу рідких стоків у відповідність до норм ГДК (гранично допустимих концентрацій).

Як зазначалося вище, у зв'язку з зростанням знань і погіршенням екологічної ситуації як наслідком життєдіяльності людини норми на споживану воду постійно переглядаються. Щоб їм відповідати, удосконалюються технології очищення води та обладнання.

Наприклад, фармакопея США (USP) дає визначення декількома типами води: очищена вода, вода для ін'єкцій, стерилізована вода, стерильна вода для ін'єкцій, стерильна бактеріостатична вода для ін'єкцій, стерильна вода для інгаляцій та стерильна вода для зрошення. USP встановлює норми методів стерилізації та розфасовки для окремих видів води, що використовується.

З 1018 т води на Землі на прісну воду припадають лише 3%, з яких 80% недоступні для використання, оскільки являють собою лід, що утворює полярні шапки. Прісна вода виявляється доступною людині в результаті участі в гідрологічному циклі, або кругообігу води в природі, який схематично зображений на рис. 12.3. Щорічно до кругообігу води, в результаті її випаровування та випадання опадів у вигляді дощу або снігу, залучається приблизно 500000 км3 води. За теоретичними підрахунками максимальна кількість прісної води, доступна для використання, становить приблизно 40 000 км3 на рік. Йдеться про ту воду, яка стікає з поверхні землі до моря та океанів (так званий стік).

Кругообіг води в природі відомий з старозавітних біблійних часів:

«Біжуть всі річки в море, - а море не переповниться,

До місця, куди річки біжать,

Туди вони продовжують тікати».

Книга Еклезіаст, 1:7.

Мал. 12.3. Кругообіг води в природі.

Використання прісної води прийнято поділяти на багаторазове використання та безповоротне витрачання. Відповідно до цього прісну воду також іноді поділяють на використовувану багаторазово і витрачається безповоротно.

Багаторазове використання води може бути проілюстровано на таких прикладах, як навігація, рибництво та одержання гідроелектроенергії.

Пресна вода, що безповоротно витрачається, стає вже недоступною для повторного використання. До неї належить прісна вода, яка після вживання виявилася втраченою в результаті випаровування (у тому числі листям рослин); вода, що увійшла до складу продуктів, а також вода стоку, що досягла моря (океану) і змішалася із солоною водою. Безповоротна витрата прісної води в усьому світі становить від 2500 до 3000 км3 на рік, причому з цієї кількості приблизно 10% витрачається з побутовою метою, 8% у промисловості, а переважна більшість -82% йде на іригацію в сільському господарстві.

Витрати води

Витрата води у побутових цілях. У побутових цілях вода витрачається для пиття, приготування їжі, прання, миття, змивання нечистот у каналізацію та поливання садів та вулиць.

У Європі середня витрата води з побутовою метою на душу населення становить приблизно 230 л на день. Це приблизно стільки ж, як і за часів Римської імперії. На побутові цілі витрачається приблизно 10% усієї води, споживаної людством.

Витрата води у промислових цілях. Понад 85% води, що використовується у промислових цілях, витрачається у процесах охолодження. Решта витрачається в процесах миття, промивання газів, для гідротранспорту та як розчинник. Приблизно півмільйона літрів води витрачається випуск кожного легкового автомобіля; ця кількість включає як воду, що безповоротно витрачається, так і воду повторного використання.

У промислових цілях витрачається приблизно 8% всієї води, що використовується у світі.

Витрата води та сільського господарства. На сільське господарство припадає 82% витрати води у світі. Ця вода використовується для іригації. Для вирощування однієї тонни бавовни потрібно 11 000 мільйонів літрів води. Для вирощування стиглого гарбуза потрібно 150 л води.

Витрати води для отримання гідроенергії. Понад 50% всього припливу води у Великій Британії витрачається на електростанціях. Воду використовують на гідроелектростанціях, а також на теплових електростанціях - для створення пари, що обертає турбіни, і з метою охолодження. Хоча електростанції витрачають величезну кількість води, вона використовується практично без втрат у замкнутому циклі.

Згідно з наявними оцінками, до двадцять першого століття рівень споживання води в усьому світі має перевищити її природне надходження. Щоб вирішити цю проблему, розробляються різні способи одержання прісної води, описані нижче.

Збільшення припливу прісної води. Більшість води, що стікає з землі в океани, пропадає марно потреб людини. Будівництво резервуарів та буріння свердловин для вилучення ґрунтових вод підвищує кількість води, яка використовується людиною до того, як вона потрапляє в океани.

У спекотну погоду велика кількість води губиться з озер та резервуарів внаслідок випаровування. Цьому можна перешкодити, покриваючи поверхню води тонкою плівкою гексадеканолу-1 спирту.

Використання морської води та солонуватих вод. Прісну воду можна отримувати з морської води знесолення в результаті вакуумної перегонки у випарних апаратах.

Перегонка води в них здійснюється за зниженого тиску. Однак цей метод вимагає великих витрат енергії та економічний тільки в таких країнах, як, наприклад, Кувейт, де енергія доступна за порівняно невисокими цінами, а дощової води дуже мало.

Прісну воду можна отримувати також за допомогою електродіалізу (див. Розд. 10.3) із солонуватої води. Така вода знаходиться у гирлах річок; вона має проміжну солоність між прісною річковою та солоною морською водою.

В даний час у всьому світі діє понад 2000 заводів з опріснення води. Для знесолення води використовуються не тільки методи вакуумної перегонки та електродіалізу, але також методи виморожування, іонного обміну та зворотного осмосу.

Мета заняття:сформувати в учнів уявлення про водоспоживання та сучасний стан водного середовища, а також про основні екологічні проблеми, пов'язані з господарським використанням джерел прісної води, та про раціональне водокористування.

Обладнання та матеріали:технічні засоби навчання (проектор, комп'ютер, електронна презентація заняття), ілюстративний матеріал, картки із завданнями, листи ватману, маркери.

Виконання завдань

Завдання 1. Згадайте властивості прісної води.

Перерахуйте відомі вам фізико-хімічні властивості води та випишіть їх на ватман. Згадайте зміст ключових понять: кругообіг води, водопостачання, скидання стічних вод. ( Три агрегатні стани води, щільність води 1 г/см 3 , утворення льоду при температурі 0° С, кипіння при 100° З, прозорість, здатність розчиняти речовини, необхідність для життєзабезпечення.)

Завдання 2. Які водоймища належать до прісних?

Згадайте та перерахуйте типи прісних водойм. ( Річки, струмки, озера, ставки, болота, канали, підземні води. Слід нагадати, що водоймища бувають як природного походження – річки, озера, болота, так і створені людиною для певного призначення – ставки, водосховища, канали.). Які з перерахованих водойм можуть виявитися придатними для водокористування, а які ні і чому? ( Найбільш придатні річки та підземні джерела.)

Завдання 3. Як і навіщо використовується прісна вода?

Перерахуйте всі можливі господарські потреби, на які людина використовує воду, та розташуйте їх у вигляді піраміди.

Пояснення нового матеріалу

1. Джерела та використання прісної води

Люди використовують прісну воду для різних господарських потреб, з яких основне місце займають зрошення сільськогосподарських земель та виробництво енергії. У меншій мірі вода витрачається у промисловості та на побутові потреби, включаючи і питну воду. Як джерела прісної води використовують наземні природні води (в основному річки, озера) та ґрунтові підземні води.

2. Беремо воду «в борг» у Природи

Вся вода, яку ми використовуємо, вилучається з природного кругообігу води, а повертається до нього вже забруднена, з великою кількістю відходів. Побутові та комунальні стоки потрапляють у річки, затоки та моря через систему міської каналізації. Промислові підприємства, як правило, розташовані на великих природних водоймах, де отримують необмежену кількість води, використовують її та скидають разом із відходами. Змив води з полів разом із добривами і хімікатами, що містяться там, також забруднюють природні води.

3. Екологічні проблеми

Використання води у господарських цілях породжує такі проблеми.

А.Природні джерела можуть лише обмежену кількість води. Виникає небезпека перевитрати річкової води та суттєвих змін в екосистемах водозбірних районів. Наприклад, відведення води з річки може позначитися на стані прилеглих боліт та заплавних лук – вони пересихають, т.к. не підживлюються періодичними паводками; у результаті змінюється видовий склад таких екосистем.

Б.Використання ґрунтових вод веде до скорочення їх запасу та просідання ґрунту. Обсяг підземних вод перевищує запаси наземної води в 70-80 разів, але ґрунтові води також виснажуються, якщо споживання їх води йде швидше поповнення. При зменшенні обсягу ґрунтових вод може відбуватися поступове опускання поверхні суші, зване просіданням ґрунту. У населених пунктах це призводить до руйнування доріг, фундаментів будівель, водопровідної та каналізаційної мереж, на узбережжях – до затоплення та руйнування берегової зони.

Ст.Вода, яка повертається до природи, сильно забруднена. Це небезпечно як здоров'ю людини, так стану навколишнього середовища, особливо водойм. Стічні води середнього за розміром міста містять такі забруднювачі:

– змитий у процесі руйнування ґрунт;
– залишки добрив, інсектициди та гербіциди, що застосовуються в садах та парках;
- Різні хімічні сполуки, що утворюються при зносі дорожнього покриття;
- Сажа та отруйні речовини вихлопних газів транспорту;
- пальне та машинне масло з доріг та автостоянок;
– сміття та рослинні залишки;
– стічна вода житлових приміщень та підприємств;
– відходи підприємств промисловості, які використовують воду (найбільше забруднювачів дає целюлозно-паперове виробництво).

Забруднення поверхневих та підземних вод

р.Біокумуляція отруйних речовин, які у воді. Найбільшу проблему при забрудненні природних вод створюють різні отрутохімікати, які у побутових, промислових, сільськогосподарських та інших стічних водах. Вони присутні в низьких концентраціях, важко виводяться з вод, а також здатні довго накопичуватися в живих організмах.

Більшість забруднювачів належать до двох груп: важкі метали (свинець, ртуть, кадмій, залізо, хром та ін.) та синтетичні органічні сполуки (бензол, фенол, діоксини, гексахлорциклогексани, хлоровані біфеніли та багато інших). Усі отрутохімікати, які є у навколишньому середовищі в малих дозах протягом тривалого періоду, небезпечні через здатність до накопичення в організмі, що призводить до мутацій, раку, різних патологій.

У природі токсини рухаються харчовими ланцюгами, останніх ланках яких їх концентрації можуть збільшуватися у сотні тисяч разів проти навколишнім середовищем.

Виконання завдань

Завдання 4. Складіть схему кругообігу води з урахуванням усіх видів її «вилучення», використання та скидання забрудненої води (різні види забруднень – промислове, сільськогосподарське, побутове тощо) назад у природні водойми. Виконати це завдання можна спочатку на ватмані чи дошці, а потім у зошитах. Почніть схему з типового водного джерела – річки.

Головний висновок: із замкнутого циклу кругообігу води забирається чиста вода, а назад повертається забруднена; забруднення надходять у природні водоймища, звідки вода знову береться на використання. Зростання рівня забруднення природних водойм згубно впливає на живі організми та на якість питної води.

Завдання 5. Проведіть опитування учнів у своїй групі з наступного запитальника та проаналізуйте ситуацію зі споживанням питної води.

– Хто п'є вдома воду з-під крана, а хто купує її у пляшках?
- Кому доводилося пити воду в інших містах Росії? В інших країнах? Наскільки відрізняється наша вода від зарубіжної?
- Чи використовуєте ви вдома фільтри для очищення води?

Пояснення нового матеріалу

4. Доставка води споживачеві

(Проводиться з використанням роздаткового матеріалу.)

Вода, що використовується в побуті, зазвичай береться з річки або підземних джерел в області водозабору. У області Калінінграда це річка Преголя, група питних озер і підземні води в деяких місцях області. Очищення та підготовка води зазвичай йде за наступною схемою:

водоймище ––> фільтри грубого очищення для видалення великих домішок ––> водосховище для відстоювання води (видаляються дрібні домішки) ––> знезараження води для знищення патогенних мікроорганізмів (зазвичай хлорування) ––> флокуляція (осадження зважених речовин у воді на осаді гідроксиду ) ––> пропускання через піщані фільтри ––> резервуари очищеної води ––> водопровідна мережа ––> споживач.

Цифри та факти:

– середньостатистичний росіянин споживає 272 л води на добу;
– близько 50 млн осіб у нашій країні п'ють воду з підвищеним вмістом заліза;
– за останні роки у водних об'єктах виявлено близько 750 хімічних сполук, з яких 600 є канцерогенами та практично не знешкоджуються на водопровідних станціях.

5. Обережно! Водопровідна вода!

Головними причинами низької якості питної води «під крана» є:

- Забрудненість водозаборів;
- Застосування хлорування;
- погана якість водопровідних мереж;
- Недосконалість піщаних фільтрів.

Найбільшу небезпеку у підготовці питної води становить технологія її хлорування, оскільки призводить до появи у воді так званого «пов'язаного хлору» – результату взаємодії хлору та деяких органічних сполук. Серед продуктів хлорування є канцерогенні та токсичні сполуки, що не мають запаху і практично не видаляються при кип'ятінні та відстоюванні води (до них відносяться такі речовини, як ліндан, діоксини, бутилхлорид, трихлорфенол та ін.).

Забрудненість питної води залежить також від того, з якого матеріалу виготовлені водопровідні труби. Наприклад, чавунні водопроводи, прокладені понад 80 років тому, досі працюють справно. А ось сталеві труби, прокладені в 1970-ті роки. вже завдали багато клопоту. Крім того, через погану якість труб, вміст заліза у воді перевищує норми ГОСТу.

Заключні завдання

Завдання 6 (Виконується в групах). На вже розібраній схемі «вилучення води» знайдіть ділянки, що відповідають найбільшому внеску у забруднення води (як природної, так і споживчої). Запропонуйте, як можна мінімізувати шкоду, що завдається природі та здоров'ю людини.

Завдання 7. Альтернативні джерела води.

(Учням роздають картки із зображеннями альтернативних джерел водопостачання: лісових озер, боліт, підземних джерел.)

Дайте аналіз плюсів і мінусів конкретного альтернативного джерела порівняно з тими, що використовуються в даний час за такими критеріями:

- Чистота води в джерелі;
- Потужність джерела (чи вистачить води для забезпечення міста);
- Зручність забору води;
- Доставка води споживачам.

Головний висновок: Оптимальним вирішенням проблем водопостачання є покращення екологічного стану нині діючих джерел води.

Завдання 8. Очищення водопровідної води у домашніх умовах.

У домашніх умовах можна дуже просто організувати очищення води способом виморожування (перекристалізації). Підберіть емальовану каструлю з кришкою, яка вміщується в морозильну камеру холодильника. Наповніть каструлю кип'яченою водою кімнатної температури так, щоб між кришкою і водою залишався зазор в 3 см (у цьому випадку вода замерзатиме знизу і з боків, а під кришкою за добу замерзнути не встигне). Вода має замерзнути наполовину або на дві третини. У центрі каструлі залишиться незамерзла вода бурого кольору, що містить забруднення. Цю воду потрібно злити, лід, що залишився, промити і розтопити. Слід пам'ятати, що отримана вода за складом близька до дистильованої, і в ній відсутні солі кальцію, магнію та ін, так що перед вживанням води для пиття необхідно заповнити їх недолік.

Роздатковий матеріал для заняття