Как используют пресную воду. Как мы используем воду. Задачи на вычисление расхода воды

Расход воды в бытовых целях . В бытовых целях вода расходуется для питья, приготовления пищи, стирки, мытья, смыва нечистот в канализацию и поливки садов и улиц. В Европе средний расход воды в бытовых целях на душу населения составляет приблизительно 250 л в день. Это приблизительно столько же, как и во времена Римской империи. На бытовые цели расходуется приблизительно 10% всей воды, потребляемой человечеством .

Расход воды в промышленных целях . Свыше 85% воды, используемой в промышленных целях, расходуется в процессах охлаждения . Остальная часть расходуется в процессах мойки, промывки газов, для гидротранспорта и в качестве растворителя. Приблизительно полмиллиона литров воды расходуется на выпуск каждого легкового автомобиля; это количество включает как безвозвратно расходуемую воду, так и воду повторного использования. В промышленных целях расходуется приблизительно 8% всей используемой в мире воды.

Расход воды в сельском хозяйстве . На сельское хозяйство приходится 82% расхода воды во всем мире. Эта вода используется для ирригации. Для выращивания одной тонны хлопка необходимо 11 000 миллионов литров воды. Для выращивания спелой тыквы требуется 150 л воды.

Расход воды для получения гидроэнергии . Свыше 50% всего притока воды в Великобритании расходуется на электростанциях. Воду используют на гидроэлектростанциях, а также на тепловых электростанциях-для создания пара, вращающего турбины, и в целях охлаждения. Хотя электростанции расходуют огромное количество воды, она используется практически без потерь, в замкнутом цикле. Согласно имеющимся оценкам, в середине двадцать первого столетия уровень потребления воды во всем мире должен превысить ее естественное поступление. Чтобы решить эту проблему, разрабатываются различные способы получения пресной воды, которые описаны ниже.

Увеличение притока пресной воды . Большая часть воды, стекающей с поверхности земли в океаны, пропадает бесполезно для нужд человека. Строительство резервуаров и бурение скважин для извлечения грунтовых вод повышает количество воды, используемой человеком до того, как она попадает в океаны. В жаркую погоду большие количества воды теряются из озер и резервуаров в результате испарения. Этому можно воспрепятствовать, покрывая поверхность воды тонкой пленкой спирта гексадеканола-1.

Использование морской воды и солоноватых вод . Пресную воду можно получать из морской воды обессоливанием в результате вакуумной перегонки в выпарных аппараратах.

Пресную воду можно получать также с помощью электродиализа из солёной воды. Такая вода находится в устьях рек; она имеет промежуточную соленость между пресной речной и соленой морской водой.

В настоящее время во всем мире действует свыше 2000 заводов по опреснению воды. Для обессоливания воды используются не только методы вакуумной перегонки и электродиализа, но также методы вымораживания, ионного обмена и обратного осмоса.

О.В.Мосин

Общеизвестно, что жизнь на планете Земля возникла благодаря наличию воды. Именно воду или признаки ее присутствия в прошлом ищут американцы на планете Марс, чтобы ответить на вопрос, была ли жизнь на Марсе.

Вода - наиболее распространенное, доступное и дешевое вещество. В воде зародилась жизнь, вышла из нее, постепенно заселив сушу и воздух. Без воды немыслима жизнь на планете Земля, немыслима жизнедеятельность человека. Именно доступность и незаменимость воды обусловила ее широкое применение в быту, промышленности и сельском хозяйстве, медицине - во всех сферах человеческой деятельности. Трудно вспомнить, где вода не применяется. Но именно это и создает проблемы, связанные с ее подготовкой к использованию, с ее очисткой .

Вода в природе

Вода - жидкость без запаха, вкуса, цвета (в толстых слоях голубоватая); плотность р = 1,000 г/см3 (при 3,98°С), Тплавл. = 0°C, Ткип = 100°C. Одно из самых распространенных веществ в природе. Гидросфера занимает 71% биосферы. Биосфера, включающая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами, ничтожно тонка - от глубин океанских впадин до высот снежных вершин слой биосферы достигает толщины всего 20 км, что составляет лишь 0,3% радиуса Земли. К тому же эта обетованная пленка на поверхности Земли в основном водная, и в этом смысле наша планета является планетой Воды.

Заглянем в "Словарь" Брокгауза и Ефрона: "минерал" (от mina - подземный ход, штольня) - это название дают однородным твердым или жидким неорганическим произведениям природы, определенного химического состава, входящим в состав твердой оболочки земли, а также и других небесных тел.

Таким образом, жидкая вода - жидкий минерал, твердая вода (лед) - твердый минерал. В последние десятилетия обнаружены большие запасы топлива в виде твердых кристаллогидратов природных углеводородов. Вода - прекрасный растворитель и потому невозможно встретить в природе жидкую "чистую" воду, то есть воду, в которой не растворены неорганические и органические вещества. Вода - прекрасная среда обитания живых организмов и потому невозможно встретить в природе "чистую" воду, т.е. воду, в которой бы не обитали микробы, бактерии, моллюски, рыбы и т.д.

Вода и человек

Столь универсальный по свойствам и широте распространения минерал нашел чрезвычайно широкое использование в жизнедеятельности человека. Вода используется в быту, в промышленности, в сельском хозяйстве - где угодно. Приведу примеры того, в каких объемах используется вода.

В теплоэнергетике вода - теплоноситель и рабочее тело. Тепловые электростанции используют на производство одного гигаватта электроэнергии 32-42 м3 в секунду воды. В частности, на охлаждение конденсатора турбины только одного энергоблока используется от 6 до 10 тыс.м3/ч. Если учесть, что в 1990 г. СССР произвел 1,726 млрд ГВт-ч электроэнергии, а к 2010 г. планировал увеличить производство электроэнергии только на ТЭС на 50-55%, то можно считать, что развал СССР, резкое падение производства и значительное снижение объемов производимой электроэнергии спасли республики бывшего СССР от экологической катастрофы. В металлургии вода используется для охлаждения оборудования, как теплоноситель и как рабочее тело для ТЭС, которые есть на каждом металлургическом комбинате, но не относятся к Министерству энергетики. То есть, не учтены в вышеприведенных цифрах. Только на охлаждение одной доменной печи используется до 10 тыс.м3/ч.

В химии вода - растворитель; один из реагентов некоторых химических реакций; "транспортное средство", то есть среда, позволяющая перемещать реагенты, продукты реакции из одного технологического аппарата в другой; теплоноситель и хладагент в тепловых процессах. В конечном итоге, вывод в окружающую среду жидких отходов производства осуществляется тоже в виде водных растворов и суспензий. Указать общие объемы воды, используемой химической промышленностью, не представляется возможным. Чтобы иметь хоть какое-то представление об объемах используемой воды и водных растворов, укажу, что только содовые заводы СССР выпускали в год свыше 1 млн т кальцинированной соды, а на производство 1 т кальцинированной соды (только в виде раствора хлорида натрия - рассола) расходовалось 5,5 м3 рассола. Потом в технологическом процессе этот объем увеличивался приблизительно в два раза и выводился в виде жидких отходов. Перемножить между собой эти цифры сможет сам читатель.

В медицине вода - растворитель, лекарственное средство, средство санитарии и гигиены, "транспортное средство". Повышение уровня медицинского обслуживания и рост народонаселения планеты Земля естественным образом ведет к росту водопотребления на медицинские цели.

В сельском хозяйстве вода - транспортное средство питательных веществ к клеткам растений и животных, участник обменных реакций, участник процесса фотосинтеза, реакций гидролиза, регулятор температуры живых организмов. Объемы воды, которые затрачиваются для полива сельскохозяйственных растений, при кормлении животных, птицы, не уступают объемам, используемым промышленностью.

В быту вода - средство санитарии и гигиены, участник химических реакций, протекающих при приготовлении пищи, теплоноситель, транспортное средство, удаляющее продукты жизнедеятельности человека в канализацию. Норма водопотребления на одного человека существенно разная по отдельным городам. Так, например, в Санкт-Петербурге она - 0,70 м3/мес, в среднем по Украине - 0,32 м3/мес, а в Европе - 0,11 м3/мес. Вспомните о приблизительно 6 млдр. человек, населяющих планету Земля и вам станет ясно, почему время от времени возникают разговоры о все возрастающих проблемах с питьевой водой даже в "мокрых" регионах планеты.

Что такое "чистая" вода?

Понятно, что для минерала, происходящего из разных месторождений, разного состава и столь широкого диапазона применения не могут быть сформулированы единые требования по "качеству". К сырой воде, то есть воде из источника водоотбора, требования одни. К "очищенной" воде, то есть воде, подготовленной к дальнейшему использованию, требования совершенно другие.

Более того, представления о качестве используемой воды с годами меняются, отражая:

знания о влиянии на живой организм или технологический процесс отдельных компонентов раствора, называемого водой;
разработанные и освоенные методы анализа;
уровень развития науки и техники;
"обратную связь" между потребляемой человеком водой и тем набором растворенных веществ, твердых включений и микроорганизмов, которые сбрасываются в виде сточных вод, жидких отходов промышленного и сельскохозяйственного производства.

Например, лет 200 назад для оценки качества питьевой воды использовались только органолептические методы: оценка цвета, вкуса, запаха. Сейчас перечень анализов, выполняемых санитарной лабораторией предприятия пищевой промышленности, размещается на двух страницах, заполненных мелким шрифтом. По традиции в таком списке остаются и органолептические показатели качества. Полученные в виде анализа знания о составе воды из источника водоснабжения должны вести к технологическим приемам очистки от тех или иных загрязнений. Так мы естественным образом переходим к обсуждению методов водоподготовки и водоочистки .

Что такое водоподготовка и очистка воды?
Обратимся к справочной литературе.
Энциклопедический словарь медицинских терминов сообщает: "Очистка воды (син. очистка природных вод) - комплекс санитарно-технических мероприятий, направленных на удаление примесей, представляющих опасность для человека".
Малая медицинская энциклопедия: "Очистка воды - обработка воды с помощью различных технологических приемов (коагуляция, фильтрация и др.) с целью улучшения ее органолептических и физико-химических свойств в соответствии с требованиями ГОСТ - см. "вода".
Сельскохозяйственный словарь: "Очистка воды - приведение качества исходной воды в соответствие с требованиями потребителя. Способы очистки воды: осветление (устранение мутности), обесцвечивание (устранение органических веществ), обеззараживание, дезодорация, опреснение, умягчение".
Большая Советская Энциклопедия: "Водоподготовка - обработка воды, поступающей из природного водоисточника на питание паровых и водогрейных котлов или для различных технологических целей. Водоподготовка производится на ТЭС, транспорте, в коммунальном хозяйстве, на промышленных предприятиях.

Подведем итог.
Водоподготовкой условились называть приведение качества воды в соответствие с требованиями промышленных предприятий. Очисткой воды, используемой для нужд человека и животных, называют приведением качества воды к нормам, обусловленным соответствующими ГОСТ.

Очисткой сточных вод, сбрасываемых промышленными и коммунальными предприятиями, по аналогии назовем приведение состава жидких стоков в соответствие с нормами ПДК (предельно допустимых концентраций).

Как уже отмечалось выше, в связи с ростом знаний и ухудшением экологической ситуации как следствием жизнедеятельности человека нормы на потребляемую воду все время пересматриваются. Чтобы им соответствовать, совершенствуются технологии очистки воды, оборудование.

Например, фармакопея США (USP) дает определение нескольким типам воды: очищенная вода, вода для инъекций, стерилизованная вода, стерильная вода для инъекций, стерильная бактериостатическая вода для инъекций, стерильная вода для ингаляций и стерильная вода для орошения. USP устанавливает нормы методов стерилизации и расфасовки для отдельных видов используемой воды.

Вода является основным элементом жизнеобеспечения всей нашей планеты. Все живые существа начинали свое развитие именно с нее. Мало кто знает, что существует огромное количество видов воды. Отличаются они своими химическими и физическими свойствами. Люди сегодня с успехом используют свойства воды в твердом состоянии. Востребовано это жизненно важное вещество не только в быту, но и в косметологии и производстве.

Структурированная вода

Организм человека на 80% состоит из воды. Этот показатель может немного меняться в зависимости от возраста и общего состояния здоровья. Без еды могут долгое время существовать многие живые существа. А вот без воды прожить мало кому удается. Хотя от качества ее также многое зависит. Ученых давно заинтересовал вопрос о том, почему жители горных местностей имеют хорошую продолжительность жизни. Разгадка оказалась в воде, которая имеет особый состав.

В горных родниках вода появляется в тех местах, где начинает таять снег. Этим и обусловлены ее свойства. Молекулы объединяются в макромолекулы и упорядочиваются. В результате многочисленных исследований было выявлено, что свойства воды в твердом состоянии схожи со которая заполняет человеческий организм. Было выяснено, что структурированная талая вода оказывает огромную пользу здоровью. Она гораздо легче проникает через клеточные оболочки, неся за собой питательные вещества, витамины и микроэлементы. Неслучайно структурированную воду широко используют в косметических целях. Стоит лишь ежедневно умываться ей, и лицо будет сиять здоровьем и молодостью.

Живая и мертвая вода

О целебных свойствах воды люди знают еще с давних времен. Природная чистая вода, которая находится в горных источниках и реках, способна помочь в лечении серьезного недуга, продлить жизнь. Ее принято называть живой. В природе встречается также и Она находится в заброшенных озерах и колодцах. Застойная вода, наоборот, несет опасность для человеческого здоровья.

Наука не стоит на месте. Сегодня живая чистая вода не является редкостью. Для того чтобы воспользоваться ее уникальными свойствами, совсем необязательно отправляться к горной реке. Качественный продукт можно получить с помощью электролиза. Используются специальные приборы - активаторы. Под воздействием тока в воде образуются отрицательные и положительные ионы. Жидкость приобретает щелочные свойства, а ее состав становится идентичен с водой в горных реках. Живая вода способствует усваиваемости пищи, улучшает кровообращение. В косметологии продукт также используется.

Питьевая вода

В древние времена не возникал вопрос в том, где брать воду для ежедневного употребления. Ведь экологическая ситуация не была настолько серьезной, как сейчас. Огромное количество заводов и автомобилей, глобальное потепление и разрастание численности населения сделали свое дело. В начале нынешнего столетия коснулся 40% жителей планеты. По прогнозам ученых, эта цифра существенно увеличится уже через несколько десятилетий. Ведь вода в реке без предварительной очистки не может использоваться в быту.

В нашей стране питьевая вода поступает к людям благодаря центральному водоснабжению. Берется она из подземных источников. Но прежде чем станет возможным людьми, ее подвергают многочисленным очисткам. Во многих источниках она не может быть пригодна для питья. Ее деминерализуют и начинают использовать в промышленности и производстве. Свойства воды в твердом состоянии позволяют использовать ее для охлаждения различных приборов.

Пресная вода

Пресной считается вода с минимальным содержанием соли. В некоторых источниках этот показатель достигает лишь 0,1%. Вода при этом необязательно находится в форме жидкости. Она может быть также в виде газа или льда. Стоит отметить, что запасы пресной воды на планете ничтожно малы и занимают всего 2,5%. При этом лишь 1% доступен людям для применения в быту. Как человек использует свойства воды? Все зависит от конечной цели. Пресная вода может быть использована для приготовления пищи, в косметических целях, для охлаждения приборов на производстве и т. д. В большинстве случаев соленая не подойдет.

С каждым днем запасов пресной воды становится все меньше. К этому приводит загрязнение окружающей среды, существенный прирост населения, парниковый эффект. Совсем скоро в бытовых целях придется использовать другие виды воды. А пока ученые делают все, чтобы научиться добывать пресную воду искусственным путем. Люди создают водоемы и учатся экономить.

Основные источники пресной воды

В первую очередь используется вода из поверхностных источников. Это реки и озера. В быту может использоваться также предварительно очищенная подземная вода. Часть пресной получают из осадков. Огромный запас жидкости находится в ледниках (более 80%). Глобальное потепление может привести к тому, что ледники начнут таять, уменьшится количество пресной воды. А свойства воды в твердом состоянии с успехом могут использоваться для сохранения такого необходимого для жизни продукта.

Сегодня основные запасы пресной воды сконцентрированы в Бразилии. Второе место занимают страны СНГ. Только в одном озере Байкал находится 20% мировых запасов. Объем его составляет более 20 тысяч кубических километров. Состав и свойства воды в озере отличаются своей уникальностью. Байкал позволяет оздоровиться, а также привести в порядок психологическое состояние.

Водопроводная вода

Вода в квартиры и дома попадает через особую систему - водопровод. Жидкость предварительно проходит несколько этапов очистки. Если дома дополнительно установить фильтр, воду можно будет пить прямо из-под крана. Система обеспечения ей формируется с помощью металлических труб. От качества коммуникаций напрямую зависит газообразное свойство воды. Жидкость с дополнительными примесями быстро испаряется под воздействием высоких температур. Употреблять в пищу такую воду нежелательно.

Прежде чем вода попадет к людям, ее проводят через очистительную станцию. Здесь ее отстаивают, фильтруют через специальные решетки, проводят первичное и вторичное хлорирование. Такие процедуры позволяют убрать вредные примеси, избавляют воду от болезнетворных микроорганизмов. Если работа очистительной станции налажена правильно, водопроводная вода может употребляться в пищу.

Жесткая вода

Жесткой считается та, в которой в большой степени сконцентрированы соли магния и калия. Существуют различные виды воды с дополнительными примесями. Это общая жесткость, временная и постоянная. определяется концентрацией всех солей в воде в первичном состоянии. Постоянная может быть определена только лишь после кипячения воды. Определяется количество хлоридов и сульфатов. Эти соли не разрушаются под воздействием высокой температуры, а также не выпадают в осадок.

Временную жесткость можно изменить. Происходит это также в процессе кипячения. При температуре выше 80 градусов разрушаются гидрокарбонаты. В результате образуется углекислый осадок. Именно поэтому после кипячения вода становится гораздо мягче. Как человек использует свойства воды в мягком состоянии? Такая жидкость будет более приемлемой для употребления в пищу. В косметических целях жесткую воду также использовать нежелательно.

Как определить жесткость воды?

Существует несколько признаков, которые помогут определить, превышает ли количество солей в воде норму. Посмотрите на вещи после стирки. Если они становятся более жесткими, а белый цвет приобретает желтоватый оттенок, стоит обратить внимание на состав воды. С солями могут вступать в реакцию моющие средства. Это можно заметить даже во время мытья посуды. На мочалке будет образовываться меньше пены, могут появиться белые хлопья.

Накипь - это первый признак жесткости воды. Если чайник быстро обрастает осадками после кипячения, стоит задуматься о приобретении дополнительного очистительного прибора. После умывания жесткой водой появляется ощущение стянутости и сухости. Жидкость просто смывает естественный защитный слой кожи. Мягкая же вода позволяет сохранить лицо увлажненным.

Деионизированная вода

Деионизированная вода - это наиболее чистая жидкость, которая воды этого типа? В первую очередь в косметологии. Различные маски и кремы, приготовленные на основе деионизированной воды, обладают отличными свойствами. Кожа становится увлажненной, сокращается количество морщин и угрей. Деионизированная вода может использоваться также и в медицине. На основе жидкости готовят различные лекарственные препараты.

Дистиллированная вода

Вода для промышленных целей очищается с помощью дистилляции. Таким образом получается жидкость без вредных примесей и болезнетворных микроорганизмов. При этом не приходится вспоминать про полезные свойства воды. Окружающий мир жидкости с подобным составом не имеет. Проблема в том, что в процессе очистки она избавляется также и от полезных микроорганизмов. Такую воду еще называют «мертвой». Такая жидкость имеет особые физические свойства. Она имеет низкую электропроводность, а также кипит при более высокой температуре. Дистиллированную воду используют в системах отопления, при охлаждении различных элементов приборов.

Бидистиллированная вода

Бидистилляция - это еще один от примесей и микроорганизмов. В итоге получается абсолютно чистая жидкость. Такая вода имеет электропроводность менее 1 мкСм/см. Как человек использует свойства воды такого вида? В первую очередь очищенная жидкость используется в медицине. Для проведения инъекций нужна вода высокого качества. Такую жидкость также используют при проведении различных лабораторных исследований.

Разрушения, вызываемые наводнением

ходуется в 5-6 раз меньше воды, чем при обычном поливе. Другой способ экономного расходования воды для полива - подведение воды непосредственно к корневой системе плодовых деревьев при помощи капельниц. Это позволяет избежать излишнего испарения и строго дозировать поступление воды к растениям.

Наиболее эффективный путь защиты водоемов от загрязнений - это создание безотходного производства, когда отходы одной ступени производственного цикла используются как сырье для другой. Однако в настоящее время не существует универсальной бессточной системы, пригодной для различных отраслей народного хозяйства.

Наибольшее распространение получила очистка сточных вод. Современные методы очистки позволяют удалить различные примеси из сточных вод на 95-96%. Часто этого бывает недостаточно, но для дальнейшей очистки воды необходимо строить более дорогие очистные сооружения, что экономически невыгодно. Так как сточные воды многих предприятий сложно, дорого, а иногда невозможно очистить до такой степени, чтобы они стали безвредными для растений, животных и человека, их очищают частично и используют в замкнутых оборотных системах (рис. 120). За последние годы такие системы внедрены на нескольких нефтехимических, металлургических, целлюлозно-бумажных предприятиях.

Очистка сточных вод. В зависимости от степени и характера загрязнения применяют механические, химические и биологические методы

очистки сточных вод. Механическими методами удаляют грубые дисперсные примеси с помощью решеток, сит, фильтров, отстойников, нефтеловушек. Этими методами удаляют нерастворимые примеси из бытовых стоков - до 60%, из промышленных - до 95%.

Химическая очистка - это добавление в сточные воды реагентов, способствующих образованию осадков из коллоидных и некоторых истинных растворов.

Биологическая очистка в естественных условиях происходит на специальных полях орошения или полях фильтрации. Здесь создается сеть магистральных и распределительных каналов и карт (площадок) шириной 20 м и длиной 100-150 м, окруженных земляными валами. Карты периодически заполняют сточными водами. Под воздействием солнечного света, воздуха, микроорганизмов они очищаются и просачиваются в грунт. На поверхности карт образуется перегной. Через несколько лет после прекращения слива сточных вод поля фильтрации используют для выращивания трав, кормовых культур или овощей, которые можно

употреблять в пищу после термической обработки.

Биологическая очистка сточных вод в искусственных условиях

производится в специальных сооружениях - биофильтрах и аэротен-

9~ 17021 Чорнови. 10 (111 к л.

в> \ О

-„пнпв использование

Процессы

конденсирования

Бытовые стоки Схема безотходного производственного цикла воды:1 - дозатор;2 -

фильтровальная и насосная станции; 3 - градирни для охлаждения воды;4 - станция очистки сточных вод; 5 - станция биохимической очистки;6 - отстойники

ках. Биофильтр представляет собой сооружение из кирпича или бетона, внутреннее его помещение заполнено прочным пористым материалом: шлаком, гравием, щебнем, керамзитом. На эти пористые материалы нанесена пленка микроорганизмов (бактерий, простейших и др.), которые в процессе жизнедеятельности поедают и разлагают органические вещества, очищая от них воду. В биофильтр периодически подаются сточные воды и воздух, идущий на процессы окисления. В аэротенках поступающим воздухом в сточных водах перемешивается активный ил, который состоит из сообществ аэробных микроорганизмов - минерализаторов органического вещества. Во вторичных отстойниках происходит отделение бактериальной пленки от чистой воды. В таких биофильтрах и аэротенках устраняется более 90% загрязнений органическими веществами.

Бытовые сточные воды могут содержать патогенные микроорганизмы, поэтому их обеззараживают жидким хлором или хлорной известью.

Работа очистных сооружений и установок на предприятиях контролируется законом об охране окружающей среды.

Р и с. 1 2 1 .

Схема очистных сооружений

Дефицит пресной воды. Разбавление отходов. Поверхностно-актив- ные вещества (ПАВ). Синтетические моющие средства (СМС).

Водоносность рек. Химическая очистка воды. Биологическая очистка

Поля фильтрации. Биофильтры. Азротенки.

Бережное расходование пресной воды, своевременная и действенная очистка сточных вод, охрана водных ресурсов сокращают их дефицит и увеличивают возможности их

использования.

■ Примеры и дополнительная информация

1. Основную часть используемых человеком водных ресурсов составляет речной сток. Полный годовой сток рек на нашей планете - 37 тыс. км 3 . Почти под каждой рекой течет подземная река, и подземный годовой сток составляет 13 тыс. км3 . Обеспеченность пресной водой разных стран неодинакова. Наиболее богаты пресной водой Бразилия (5668 км3 в год) и Канада (9740 км3 в год). В нашей стране годовой сток рек составляет 4384 км3 в год. Многие страны испытывают недостаток в пресной воде и импортируют ее. Вода транспортируется на десятки и сотни километров по трубопроводам, перевозится судами, автомашинами и даже самолетами. Привозную воду используют жители Алжира, Голландии, Гонконга, Сингапура. По данным Всемирной организации здравоохранения, примерно 1,2 млрд человек страдают от нехватки чистой питьевой воды.

2. В сельском хозяйстве вода используется в огромных количествах: 70% от всего водопотребления. Для основных сельскохозяйственных культур установлены следующие нормы орошения (R М ,! на

1 га): зерновые - 1500-3500, многолетние травы - 2000-8000,

хлопчатник - 5000-8000, рис - 8000-15 000.

3. В коммунальном хозяйстве вода используется для бытовых нужд населения, на работу предприятий бытового обслуживания, мытье улиц и поливку зеленых насаждений, на противопожарные меры. Это составляет примерно 15% от расхода воды в промышленности. Считается, что в благоустроенном городе на личные нужды каждый житель расходует 200-300 л воды в сутки. На одного жителя Москвы приходится свыше 400 л воды в сутки, на одного жителя СанктПетербурга - более 300 л. В Лондоне каждый житель расходует 170 л воды в сутки, в Париже - 160 л, в Брюсселе - 85 л.

4. Методы определения степени загрязнения водоемов различны. Это может быть прямое измерение концентрации загрязнителей (например, солей тяжелых металлов). Содержание органических веществ часто выявляют по количеству 0 2 , поглощенного определенным объемом воды в единицу времени, при бактериологическом анализе определяют количество бактерий в 1 см- * воды при выращивании колоний на питательных средах в лаборатории. Степень загрязнения воды можно

также установить по видовому разнообразию водных биоценозов. Около 800 обитателей пресных водоемов очень чувствительны к присутствию в воде органических веществ, они служат индикаторами благополучия в водных экосистемах.

5. После громкого судебного процесса 1971 г. широко известным кумулятивным (накопительным) заболеванием стала болезнь Минамата. В 1950-х гг. предприятие по переработке руды сбрасывало отходы, содержащие ртуть, в воды залива Минамата (Япония). Бактерии перерабатывали ее в диметилртуть. По цепям питания она попадала и накапливалась в рыбах до 50 мг/кг. Люди, питаясь рыбой, получали сильнейшие отравления, нервно-паралитические заболевания, более 50 человек умерло. С 1955 по 1959 г. здесь каждый третий ребенок рождался с психическими и физическими анамалиями. Рыбный промысел в заливе до сих пор запрещен; полагают, что на дне залива находится еще около 600 т ртути. Болезнь Минамата вошла во все справочники в качестве примера болезни, вызванной загрязнением окружающей среды и кумуляций ртути по цепям питания.

6. Примером удачного использования оборотных вод в автохозяйстве служит замкнутая система «Кристалл». В ней использованная для мойки автомашин вода подается на вибрационные фильтры, где очищается от грубых взвесей и песка. Затем она поступает в фильтровальные колонны, заполненные синтетическим материалом - сипроном, который поглощает нефтепродукты. Очищенная вода собирается в резервуары и вновь используется для мойки автомашин. Повторное использование доочищенных сточных вод в 20-25 раз снижает потребление свежей

воды и уменьшает сброс сточных вод в водоемы.

Q Вопросы. 1. Найдите в справочнике описание физических и химических свойс1 в воды: агрегажые состояния, плотность воды и льда, температура кипения и

плавления, удельная теплоемкость, теплота испарения, диэлектрическая проницаемость и др. Как эти свойства обусловливают роль и функции воды в природе и живых организмах? 2. На какие нужды использует человек пресную воду?

3. Какие вещества наиболее опасны при загрязнении водоемов и почему?4. Как можно определить степень загрязнения реки, озера?5. Как применяется правило региональности при использовании водных ресурсов?6 . Почему расход воды на

орошение считается рациональным и в дальнейшем будет увеличиваться?

□ Задания. 1. Выясните, как используются поверхностные и подземные воды

вашего района и области. 2. Для ликвидации нефтяных разливов в океане пред-

лагают поджигать нефть. Предскажите возможные экологические последствия применения такого способа ликвидации нефтяного загрязнения. 3. Предложите, как можно более рационально использовать водные ресурсы в вашем районе и

□ Темы ДЛЯ дискуссий. 1. Почему приходится искусственно очищать воду, если водоемы обладают способностью к самоочищению?2. Если столь велики

преимущества в использовании замкнутых и оборотных циклов в промышленности, то почему их недостаточно используют в настоящее время?

Подготовьте дискуссию на тему: «Уникальные свойства воды, имеющие значение для

жизни, антропогенные воздействия на водоемы и их последствия».

ВСПОМНИТЕ

Основные

месторождения

полезных ископаемых: каменного угля, нефти, газа,

железной руды, цветных металлов в России и в мире Методы добычи, обогащения и использования полезных ископаемых

§ 37. Использование и охрана недр

Недра и их значение для человека. Недра - это верхняя часть земной коры, в которой добывают полезные ископаемые. Исключительно важное значение полезных ископаемых в развитии человеческого общества отражено в названиях длительных исторических периодов: «каменный», «бронзовый», «железный». В настоящее время использование полезных ископаемых достигло максимума и темпы эксплуатации их запасов продолжают возрастать.

Большинство полезных ископаемых относится к невозобновимым природным ресурсам, и их запас уменьшается по мере использования. По прогнозам ученых, в начале XXI века человечество исчерпает пятую часть железных руд, половину запасов никеля и кобальта, большую часть запасов свинца, цинка, вольфрама (рис. 122). В настоящее время многие богатые месторождения с высоким содержанием металлов в рудах уже отработаны и используют бедные месторождения. Например, сейчас считается рациональной разработка медных руд с содержанием меди менее 1% - в 10 раз ниже, чем в первой половине XIX века. Создаются новые технологии извлечения металла, обогащения и переработки руд. Следовательно, одной из важнейших задач охраны недр является бережное расходование минеральных и энергетических ресурсов.

Потери при разработке полезных ископаемых достигают огромных размеров. Так, при мировой добыче ежегодно теряется меди 600 тыс. т, свинца - 300, цинка - 500. Отдача нефтеносных слоев в 1975 г. не превышала 30%, к концу столетия она достигла почти 40%.

млн т в год угля и железной руды

Возрастание мировой добычи полезных ископаемых

При современных технологиях добычи и переработки только 1-5% от всего объема извлекаемых полезных ископаемых реализуется в виде чистой продукции, а остальное является отходами. Поэтому важнейшим направлением в рациональном использовании и охране недр является совершенствование методов добычи, транспортировки и переработки полезных ископаемых.

Добывая полезные ископаемые шахтным и открытым методом, человек иногда полностью преобразует природные ландшафты. Сейчас открытым способом в мире добывают до 70% минерального сырья. В районах открытых горных разработок обычными становятся безжизненные рукотворные, «лунные» ландшафты. Такие рукотворные каньоны, «лунные долины», характерны для Курской магнитной аномалии, Криворожского бассейна, Черемховского угольного месторождения.

Охрана недр включает в себя максимально полное использование разрабатываемых месторождений, что позволяет не начинать разработку новых. Полнота выработки служит характеристикой рациональности работы добывающего предприятия.

Преимущество отдается открытым способам добычи полезных ископаемых, при которых месторождения разрабатываются с более высоким КПД. Наиболее полной выработке месторождений способствует использование сопутствующих компонентов. Так, рационально одновременно с железом добывать сопутствующие ему титан, ванадий, молибден, кобальт, вместе с медью - кадмий, селен, галлий, вместе с нефтью - иод, бром, серу. Применяемая ранее добыча только одного металла на месторождении полиметаллических руд считается сейчас нерациональной.

Большое значение в сохранении месторождений полезных ископаемых имеет использование в промышленности вторичного сырья. Так, существенное увеличение производства металлов может быть достигнуто благодаря сбору и использованию металлолома. Общая масса изделий из металла, которые сейчас находятся в обращении, составляет 6 млрд т. Многие изделия сравнительно быстро изымаются из обращения из-за технического износа и морального старения. Подсчитано, что 20-25% металла, заключенного в них, может сравнительно быстро вновь использоваться в производстве, а еще 40-45% - через более долгий срок. Общие запасы потенциального металлолома таковы, что могут долгое время полностью удовлетворять промышленность в сырье. При этом 1 т чугунного или стального лома может сберечь 3,5 т минерального сырья, 2 т железной руды, 1 т кокса и 0,5 т известняка.

Для сокращения потерь при транспортировке сырья все чаще переходят на использование трубопроводов и контейнеров. Газо проводы и нефтепроводы постепенно вытесняют другие средст ва доставки газа и нефти по суше.

Одним из путей сохранения полезных ископаемых служит использование

попутных энергетических ресурсов. Например, мало используется тепло,

образующееся при сжигании топлива на цементных заводах, в мартеновских печах. Оно в этих производствах теряется и рассеивается вместе с отходящим паром.

Экономия ископаемых энергетических ресурсов возможна также при переходе на использование альтернативных источников энергии-

геотермальных вод, энергии солнца, ветра и морских приливов. Важное значение имеет замена редкого минерального сырья синте-

тическими материалами. Металлы во многих случаях успешно заменяют пластмассами.

Охрана природной среды при разработке полезных ископаемых.

Добыча полезных ископаемых сопровождается существенными изменениями окружающей природной среды из-за создания отвалов, терриконов, карьеров, появления провальных воронок, загрязнения воздуха, воды, почвы. Отвалы образуются из пустой породы, которую поднимают из недр вместе с рудой и углем и после сортировки сваливают вблизи шахт и штолен. Порода, сложенная в терриконы и содержащая остатки каменного угля, часто самовозгорается. Поэтому терриконы дымят в течение многих лет, дополнительно загрязняя окружающую среду. Когда месторождения разрабатывают открытым способом, в карьере, вынутые породы покрывают большие площади плодородных земель, занятых ранее полями, лугами, лесами.Рекультивация - восстановление промышленно нарушенных территорий - предусмотрена законом. Предприятия, добывающие минеральные ресурсы, обязаны еще до начала работ обеспечить возможности для восстановления нарушенного ландшафта. В районах добычи угля шахтным способом ликвидируют терриконы, используя породу для строительства дорог, фундаментов домов. Это приносит двойную пользу: сохраняется естественный ландшафт и снижаются затраты на строительство из-за использования дешевого сырья. На месте бывших терриконов разбивают парки, сажают леса. Остающиеся пустые породы используют для заполнения выработанных шахт и штолен.

После прекращения открытой выработки поверхности отвалов выравнивают, делают террасы на стенках карьеров, а токсичные и бесплодные породы, покрывают почвой, на которой могут жить растения. Часто используют плодородные почвы, которые были удалены отсюда в начале разработки месторождения. Рекультивированные участки используют для посадки ле сов, создания зон отдыха.

Воды.

Поля фильтрации. Биофильтры.

Азротенки.

использования.

■ Примеры и дополнительная информация

1. Основную часть используемых человеком водных ресурсов составляет речной сток. Полный годовой сток рек на нашей планете - 37 тыс. км3. Почти под каждой рекой течет подземная река, и подземный годовой сток составляет 13 тыс. км3. Обеспеченность пресной водой разных стран неодинакова. Наиболее богаты пресной водой Бразилия (5668 км3в год) и Канада (9740 км3 в год). В нашей стране годовой сток рек составляет 4384 км3 в год. Многие страны испытывают недостаток в пресной воде и импортируют ее. Вода транспортируется на десятки и сотни километров по трубопроводам, перевозится судами, автомашинами и даже самолетами. Привозную воду используют жители Алжира, Голландии, Гонконга, Сингапура. По данным Всемирной организации здравоохранения, примерно 1,2 млрд человек страдают от нехватки чистой питьевой воды.

1 га): зерновые - 1500-3500, многолетние травы - 2000-8000, хлопчатник - 5000-8000, рис - 8000-15 000.

Считается, что в благоустроенном городе на личные нужды каждый житель расходует 200-300 л воды в сутки. На одного жителя Москвы приходится свыше 400 л воды в сутки, на одного жителя Санкт- Петербурга - более 300 л. В Лондоне каждый житель расходует 170 л воды в сутки, в Париже - 160 л, в Брюсселе - 85 л.

4. Методы определения степени загрязнения водоемов различны. Это может быть прямое измерение концентрации загрязнителей (например, солей тяжелых металлов). Содержание органических веществ часто выявляют по количеству 02, поглощенного определенным объемом воды вединицу времени, при бактериологическом анализе определяют количество бактерий в 1 см-* воды при выращивании колоний на

питательных средах в лаборатории. Степень загрязнения воды можно

5. После громкого судебного процесса 1971 г. широко известным ку-

мулятивным (накопительным) заболеванием стала болезнь Мина- мата. В 1950-х гг. предприятие по переработке руды сбрасывало отходы,

содержащие ртуть, в воды залива Минамата (Япония). Бактерии перерабатывали ее в диметилртуть. По цепям питания она попадала и накапливалась в рыбах до 50 мг/кг. Люди, питаясь рыбой, получали сильнейшие отравления, нервно-паралитические заболевания, более 50 человек умерло. С 1955 по 1959 г. здесь каждый третий ребенок рождался с психическими и физическими ана- малиями. Рыбный промысел в заливе до сих пор запрещен; полагают, что на дне залива находится еще около 600 т ртути. Болезнь Минамата вошла во все справочники в качестве примера болезни, вызванной загрязнением окружающей среды и кумуляций ртути по цепям питания.

доочищенных сточных вод в 20-25 раз снижает потребление свежей

воды и уменьшает сброс сточных вод в водоемы.

Q Вопросы. 1. Найдите в справочнике описание физических и химических свойс

1 в воды: агрегажые состояния, плотность воды и льда, температура кипения и плавления, удельная теплоемкость, теплота испарения, диэлектрическая

проницаемость и др. Как эти свойства обусловливают роль и функции воды в при- роде и живых организмах? 2. На какие нужды использует человек пресную воду?

3. Какие вещества наиболее опасны при загрязнении водоемов и почему? 4.

Как можно определить степень загрязнения реки, озера? 5. Как применяется правило региональности при использовании водных ресурсов? 6. Почему расход воды на