Очищение воды методом вымораживания

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербургский  Государственный университет

Геологический факультет

Кафедра гидрогеологии

2012 год

 

 

 

Курсовая работа на тему

«Очищение воды методом  вымораживания»

 

 

Студентки 2-го курса

Геологического  факультета

4-группы

Карачевой В.П.

Научный руководитель

Каюкова Е.П.

 

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………………...3

Вода в жизни человека……………………………………………………………4

Стандарты на питьевую воду……………………………………………………5

Способы очистки воды…………………………………………………………...9

Очистка воды методом вымораживания……………………………………….12

Водоснабжение в г. Санкт-Петербурге и его проблемы………………………14

Заключение ………………………………………………………………………16

Литература……………………………………………………………………….17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Данная курсовая работа посвящена  методам очищения  воды, а именно методу вымораживания. Кроме того в работе представлена роль воды в жизнедеятельности человека, а так же её отрицательное воздействие на организм человека, если содержание в ней растворенных веществ не соответствует допускаемым нормам СанПиНа.

Выбором темы курсовой работы послужил тот факт, что вода – жизненно необходимый  для человека продукт. Продукт, который  нуждается в очистке, перед тем как он дойдет до потребителя.

 

 

Цели:

1. Ознакомиться с методами очистки питьевой воды.
2. Экспериментально проверить  эффективность очищения воды методом вымораживания.
3. Рассмотреть технологии и проблемы водоснабжения в  г. С-Петербурге.

 

Задачи:

1. Сравнить и найти способ очищения воды, который является наиболее качественным и доступным.
2. Собрать воду и исследовать её качества до очищения и после его.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вода в жизни  человека

 

Вода - ценнейший природный ресурс. Она играет исключительную роль в  процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Общеизвестна необходимость  ее для бытовых потребностей человека, всех растений и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания.

Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых  земель, улучшение культурно-бытовых  условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения  водой.

Потребности в воде огромны и  ежегодно возрастают. Ежегодный расход воды на земном шаре по всем видам водоснабжения  составляет 3300-3500 км3. При этом 70% всего  водопотребления используется в  сельском хозяйстве. Много воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и цветная металлургия. Развитие энергетики также приводит к резкому  увеличению потребности в воде. Значительное кол-во воды расходуется для потребностей отрасли животноводства, а также  на бытовые потребности населения. Большая часть воды после ее использования  для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод.

Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Все  более возрастающие потребности  промышленности и сельского хозяйства  в воде заставляют все страны, ученых мира искать разнообразные средства для решения этой проблемы.[3] 

Питьевая вода

Питьевая вода и чистая вода — не синонимы. Чистая вода, в отличие от воды питьевой, неопределенный термин.  Для химика «чистая вода» — дистиллят, свободный от примесей; для рыболова — вода, в которой водится рыба; для микробиолога — вода, в которой могут обитать бактерии, а для производственника — вода, которая годится для производственных процессов. Питьевая же вода всегда должна отвечать определённым установленным стандартам и ГОСТАм.

 

 

Стандарты на питьевую воду

 

Существует несколько  стандартов на питьевую воду:

-Российский стандарт, определяемый  соответствующими нормами и ГОСТами;

-Стандарт ВОЗ (Всемирной организации здравоохранения); 
-Стандарт США и стандарта стран Европейского союза (ЕС).

Российский ГОСТ на питьевую воду действует с 1982 г. Сейчас он дополнен более новым нормативом — Санитарные правила и нормы (СанПиН) 2.1.4.550-96 «Питьевая  вода».

В соответствии с действующими стандартами и нормами под термином питьевая вода высокого качества подразумевается: 
 
- вода с соответствующими органолептическими показателями — прозрачная, без запаха и с приятным вкусом;

- вода с рН = 7—7,5 и жесткостью  не выше 7 ммоль/л;

- вода, в которой суммарное  количество полезных минералов  не более 1 г/л;

- вода, в которой вредные  химические примеси либо составляют  десятые-сотые доли их ПДК,  либо вообще отсутствуют (то  есть их концентрации настолько  малы, что лежат за гранью возможностей  современных аналитических методов);

- вода, в которой практически  нет болезнетворных бактерий  и вирусов.

Краткий перечень неорганических и органических веществ, а также  бактерий и вирусов в питьевой воде, оказывающих неблаготворное влияние  на организм человека, представлен  в таблице 1.[2]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
Таблица 1.  
Влияние неорганических и неорганических веществ, бактерий и вирусов на организм человека  
 

Название  вещества, бактерии или вируса	Органы  и системы человека, на которые  влияют эти соединения
Неорганические  вещества
Бериллий	Желудочно-кишечный тракт
Кадмий	Почки
Медь	Почки, печень
Мышьяк	Кожа, кровь; канцероген
Нитраты и нитриты	Мутации
Ртуть	Почки
Свинец	Почки, замедление развития
Селен	Кровь
Таллий	Желудочно-кишечный тракт, кровь, почки, печень
Цианид	Нервная система
Органические  вещества
Бензол	Канцероген
Пестициды (ДДТ, анахлор, гептахлор)	Канцерогены
Соединения хлора (винилхлорид,  дихлорэтан)	Кровь, почки, печень
Фенол	Печень, почки, обмен веществ
Толуол	Нервная система, почки, печень
Бактерии и вирусы
Кишечная палочка	Желудочно-кишечный тракт
Энтеровирусы	Желудочно-кишечный тракт
Вирус гепатита	Печень

 
Опасные для здоровья человека химические вещества чаще всего вызывают рак либо воздействуют на печень и почки и как следствие – на кровь, поскольку почки и печень — “очистные органы человеческого организма”.

Некоторые соединения таблицы 1, например, медь и селен в малых  концентрациях необходимы организму  в качестве микроэлементов, в большой  концентрации – яды.

Многие вещества как сера, хлор, железо, не рассмотрены в таблице, поскольку вред, наносимый ими, намного  меньше по сравнению с воздействием мышьяка, ртути, свинца и других приведенных выше веществ.

При избытке хлора или  сернистых соединений водопроводная  вода имеет неприятный запах из-за наличия хлорноватой и сернистой  кислот. Такая вода для питья не годится, ее следует очищать с помощью фильтра или покупать бутилированную питьевую воду в магазине.

Избыток железа — «ржавая» вода тоже не пригодна для питья; ее также следует очищать.

Очень опасно присутствие  в питьевой воде микроорганизмов, особенно бактерий из группы кишечных палочек и энтеровирусы, поражающих желудочно-кишечный тракт, а также вирус гепатита. Они попадают в воду из городских канализаций, разносятся сточными водами с полей, удобряемых навозом. Дожди и разливы рек смывают навоз в водоемы, где микрофлора начинает бурно размножаться. Чтобы обеззаразить воду от микроорганизмов, её хлорируют.

В таблицу 1 также не включено множество органических соединений, вредных в той или иной степени. От некоторых может случиться расстройство желудка, аллергия. Другие, как например, бензин, ядовитые продукты выхлопных газов, пестициды грозят гораздо более серьезными расстройствами.

Пестициды - это группа разнообразных  веществ, используемых в сельском хозяйстве для борьбы с сорняками, насекомыми и грызунами, включает около пятидесяти наименований. Среди пестицидов есть сравнительно безвредные, но все в той или иной степени ядовиты, и, по крайней мере, четыре-пять из них способствуют возникновению рака (канцерогенны). С полей они попадают в водоёмы, а оттуда могут проникнуть в питьевую воду. Если концентрации самых опасных пестицидов очень малы, порядка нанограмм-микрограмм на литр, они не наносят организму существенного вреда.

Другое соединение - хлор. Хлором обеззараживают воду, поскольку  хлор — мощный окислитель, способный уничтожать болезнетворные микроорганизмы. Однако в реках и озерах, откуда ведется водозабор, присутствует множество веществ, попавших туда со сточными водами, и с некоторыми из них хлор вступает в реакцию. В результате образуются гораздо более неприятные соединения, чем сам хлор. Например, соединения хлора с фенолом; они придают воде неприятный запах, влияют на печень и почки, но в малых концентрациях не очень опасны. Однако возможны соединения хлора с бензолом, толуолом, бензином, с образованием диоксина, хлороформа, хлортолуола и других канцерогенных веществ.

Обеззараживать воду без  хлора экономически нецелесообразно, поскольку альтернативные методы обеззараживания  воды, связанные с использованием серебра для этой цели дорогие. Был  предложен альтернативный хлорированию метод обеззараживания воды с  помощью озона, но оказалось, что  озон тоже вступает в реакцию со многими веществами в воде — с фенолом, и образовавшиеся в результате продукты еще токсичнее хлорфенольных.

Другой интересный метод - обеззараживать воду с помощью  ультрафиолетового излучения. Но этот метод также не дешёвый. Он сейчас внедряется в Петербурге, и есть надежда, что через несколько лет проблемы, связанные с применением хлора, фтора и озона, уйдут в прошлое.[4]

 

 

 

 

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. К наиболее распространенным способам относятся:

• Кипячение
• Отстаивание
• Вымораживание

Кипячение

Все мы с детства знаем, что сырую  воду пить нельзя, но только кипяченую. 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.