Вода

<час />

Фон

Вода - это химическое соединение, необходимое большинству растений и животных на Земле для поддержания жизни. Чистая вода - это прозрачная жидкость без вкуса и запаха. В небольших количествах он бесцветен, но в больших количествах приобретает голубоватый оттенок. Вода является отличным растворителем и, как следствие, обычно содержит большое количество растворенных минералов и других химикатов. Он также может переносить и поддерживать бактерии. Большая часть воды, распределяемой через муниципальные системы водоснабжения, очищается от вредных веществ. Некоторые воды в бутылках проходят дальнейшую очистку для удаления почти всех примесей. Английское слово water происходит от немецкого слова wasser, которое, в свою очередь, происходит от древнего индоевропейского слова, означающего «намочить» или «мыть».

Контролируемое использование воды датируется как минимум 8000 <малым> годом до нашей эры. когда фермеры в Египте и некоторых частях Азии ловили паводковые воды для орошения сельскохозяйственных культур. Идея использования оросительных каналов для подачи воды к посевам, а не ожидания наводнения, была впервые разработана примерно в 2000 г. до н. Э. в Египте и Перу. Примерно к 1000 <малому> году до н. Э. В городе Карчо на территории современной Иордании были построены два акведука, чтобы обеспечить население города достаточным водоснабжением. Это первый зарегистрированный случай планового городского водоснабжения.

Ранняя очистка воды была на удивление продвинутой, хотя практиковалась редко. В древней рукописи на санскрите из современной Индии говорится, что питьевую воду следует хранить в медных сосудах, подвергать воздействию солнечного света и фильтровать через древесный уголь. Древнеегипетские надписи дают аналогичный совет. Многие из этих методов используются до сих пор. Примерно в 400 <небольшом> году до н. Э. , греческий практикующий врач Гиппократ предположил, что воду следует кипятить и процедить через кусок ткани. Несмотря на эти ранние упоминания, большинство людей пили неочищенную воду из текущих ручьев или подземных колодцев. Пока поблизости не было источников заражения, это было удовлетворительным решением.

По мере роста населения Европы и других частей цивилизованного мира их источники воды становились все более загрязненными. Во многих городах реки, служившие основными источниками питьевой воды, были настолько загрязнены сточными водами, что напоминали открытые выгребные ямы. Свое дело взяли холера, брюшной тиф и многие другие болезни, передающиеся через воду. В 1800 году Уильям Круикшанк из Англии продемонстрировал, что небольшие дозы хлора убивают микробы в воде. К 1890-м годам несколько муниципалитетов обнаружили, что медленная фильтрация воды через песчаные пласты также может значительно снизить заболеваемость. Общественный протест по поводу безопасной питьевой воды достиг такого апогея, что к началу 1900-х годов в большинстве крупных городов США была установлена ​​какая-то система очистки воды.

Даже при очистке воды загрязнение воды оставалось серьезной проблемой, поскольку все большее количество промышленных отходов выливалось в реки и озера страны. Когда стало известно о вредном воздействии свинца, мышьяка, пестицидов и других химикатов на здоровье, федеральное правительство Соединенных Штатов было вынуждено принять Закон о контроле за загрязнением воды 1948 года. Это был первый всеобъемлющий закон, определяющий и регулирующий качество воды. За этим последовал ряд все более жестких требований, кульминацией которых стали действующие стандарты качества воды Агентства по охране окружающей среды (EPA). В дополнение к федеральным стандартам в большинстве штатов есть свои собственные законы о качестве воды, а законы некоторых штатов более строгие, чем те, что указаны EPA.

Типы воды

Чистой воды практически не существует. Большая часть воды содержит различное количество растворенных минералов и солей, а также множество взвешенных частиц, таких как ил и микроскопические органические вещества. Различные типы воды классифицируются по наличию или отсутствию этих примесей.

Водопроводная или муниципальная вода подверглась серии обработок для уничтожения вредных бактерий, удаления отложений и устранения неприятных запахов. В него также могло быть добавлено одно или несколько химикатов по разным причинам.

Жесткая вода содержит большое количество солей кальция и магния. Из-за этого мыло образует творог. Жесткая вода подразделяется на временно жесткую воду и постоянно жесткую воду. Временно жесткая вода содержит бикарбонаты кальция и / или магния, которые при нагревании реагируют с образованием твердого вещества, называемого накипью. Накипь может забить водонагреватели и трубы и оставить отложения на кухонной посуде. Постоянно жесткая вода содержит сульфаты, хлориды или нитраты кальция и / или магния, на которые не влияет нагревание. Мягкая вода содержит относительно небольшое количество солей кальция и магния, хотя определение термина «низкий» варьируется. Термин «умягченная вода» относится к жесткой воде, из которой химически удалено достаточно солей, чтобы избежать образования мыльного творога. Он с высоким содержанием хлорида натрия.

Если вода содержит большое количество растворенных минералов, ее называют минеральной водой. Минеральные воды можно разделить на пять основных классов:соленые, щелочные, железистые, сернистые и питьевые. Соленая вода имеет высокий уровень сульфата натрия или магния или хлорида натрия. Щелочная вода имеет высокую концентрацию солей, которые придают ей pH в диапазоне примерно 7,2-9,5, где pH 7 является нейтральным, а pH 14 - сильно щелочным. Железная вода богата железом, что придает ей ржавый цвет. Сернистая вода богата соединениями серы и отличается запахом тухлых яиц. Питьевая вода имеет содержание минералов менее 500 частей на миллион, ее чаще всего разливают в бутылки и продают как специальную питьевую воду.

Газированная вода, газированная вода и газированная вода содержат растворенный диоксид углерода. Это может происходить естественным образом, если присутствуют известняк или другие карбонатные породы, или углекислый газ может быть добавлен искусственно под давлением.

Родниковая вода и артезианская вода отличаются только тем, что они текут из земли естественным путем, без помощи бурения или откачки. В остальном их ничто не отличает от воды из других источников.

Дистиллированная вода очищается с помощью процесса испарения-конденсации, который удаляет большую часть, но не все, примеси. Деионизированная вода была очищена с помощью процесса ионного обмена, который удаляет как положительные ионы, такие как кальций и натрий, так и отрицательные ионы, такие как хлориды и бикарбонаты. Иногда ее называют деминерализованной водой. Очищенная вода - это городская вода, прошедшая угольную фильтрацию, дистилляцию, деионизацию, обратный осмос, ультрафиолетовую стерилизацию или некоторую комбинацию этих процессов для удаления почти всех минералов и химических элементов, как хороших, так и плохих.

Сырье

Молекула воды состоит из двух атомов водорода, связанных с одним атомом кислорода. Химический символ:H ₂ . О. Вода обычно также содержит широкий спектр органических и неорганических материалов в растворах или суспензиях.

В процессе очистки воды для использования в муниципальной системе может быть добавлено несколько химикатов. К ним относятся дезинфицирующие средства, такие как хлор, хлорамин или озон; коагулянты, такие как сульфат алюминия, хлорид железа и различные органические полимеры; нейтрализаторы кислотности, такие как каустическая сода или известь; и химические вещества, помогающие предотвратить разрушение зубов, в виде различных фторидных соединений.

Процесс лечения

Конкретный процесс очистки воды зависит от предполагаемого применения. Немного воды, например, воды, используемой для орошения сельскохозяйственных культур, не обрабатывается. Другая вода, например вода, используемая для производства фармацевтических препаратов, имеет высокую степень очистки.

Вот типичная серия операций, используемых для очистки муниципальной воды для подачи в дома и на предприятия.

Сбор

• 1 Большая часть муниципальной воды поступает из двух источников:грунтовых и поверхностных. Большая часть грунтовых вод забирается путем бурения скважин в подземный водоносный слой, называемый водоносным горизонтом. Некоторые грунтовые воды поднимаются естественным образом в виде источников. Поверхностные воды забираются из рек-напорных водохранилищ за дамбами. Территория, которая впадает в реки, называется водоразделом. Во многих случаях доступ к водосбору и его использование ограничиваются, чтобы предотвратить загрязнение сточных вод.
• 2 Из колодца или плотины вода поступает на водоочистные сооружения по открытым каналам или закрытым трубам. В некоторых случаях водоснабжение находится недалеко от муниципалитета. В других случаях вода должна транспортироваться на многие сотни миль (км), чтобы достичь места назначения. Иногда вода хранится в промежуточных резервуарах по пути, чтобы гарантировать, что всегда будет достаточно воды для удовлетворения меняющихся потребностей города.

Дезинфекция

• 3 На некоторых водоочистных сооружениях воду сначала дезинфицируют путем контакта с воздухом, богатым озоном, в нескольких камерах. Этот шаг используется на большинстве заводов в Европе, но только на нескольких заводах в Соединенных Штатах. Озон (03) образуется при пропускании сжатого воздуха через высоковольтную электрическую дугу. Это заставляет некоторые молекулы кислорода (02) в воздухе разделяться пополам и присоединяться к другим молекулам кислорода с образованием озона. Озон эффективно убивает большинство микробов, а также разрушает соединения, вызывающие неприятный вкус и запах. Однако он имеет относительно короткий срок службы и не остается в воде, чтобы защитить его во время хранения и распределения. По этой причине в конце процесса обработки в воду добавляют небольшую дозу хлора или хлорамина.

Коагуляция / флокуляция

• 4 Затем вода проходит через мгновенный смеситель, где химические вещества, известные как коагулянты, быстро смешиваются с водой. Коагулянты изменяют электрический заряд вокруг любых взвешенных частиц в воде и заставляют их притягиваться друг к другу и слипаться вместе или коагулировать.
• 5 Вода медленно движется через серию камер, где она осторожно перемешивается вихревым потоком. По мере смешивания воды заряженные частицы продолжают сталкиваться друг с другом и образовывать еще более крупные частицы, называемые хлопьями.

Расселение

• 6 Вода поступает в отстойник или резервуар, где тяжелые хлопья опускаются на дно. Некоторые отстойники имеют два уровня, что увеличивает их вместимость вдвое. Материал, который оседает на дно, удаляется из резервуара с помощью устройства, подобного вакуумному бассейну, и оседает в резервуаре для твердых частиц. Уловленный материал из фильтра (этап 7) также добавляется в резервуар для твердых частиц. Эти комбинированные материалы проходят через гравитационный сгуститель, а затем через пресс, в котором отжимается большая часть воды. Оставшиеся твердые частицы загружаются в грузовики и вывозятся на свалку для утилизации.

Фильтрация

• 7 Частично очищенная вода проходит через несколько слоев песка и угольной пыли, которые улавливают все очень мелкие частицы, оставшиеся в воде. Некоторые вредные организмы также попадают в ловушку на тех водоочистных сооружениях, которые не используют озон в качестве исходного дезинфицирующего средства. Слои фильтра периодически промываются обратной промывкой для удаления захваченного материала.

Адсорбция

• 8 У некоторых растений вода пропускается через слой гранул активированного угля. Химические загрязнители в воде прилипают к поверхности древесного угля в процессе, известном как адсорбция углерода.

Аэрация

• 9 В некоторых регионах, где вода содержит нежелательные количества железа и марганца или некоторых растворенных газов, вода разбрызгивается в воздух из больших бассейнов для его аэрации. Когда вода смешивается с воздухом, она поглощает кислород, что вызывает осаждение некоторых загрязняющих веществ. Остальные загрязнения удаляются испарением.

Фторирование

• 10 На некоторых водоочистных сооружениях в воду добавляют фторсодержащий состав, чтобы предотвратить кариес. Фторид содержится в некоторых источниках воды естественным образом, и дополнительных количеств не требуется. В прошлом фторирование было предметом горячих споров, и не каждый муниципалитет добавляет фтор в воду.

Нейтрализация

• 11 В воду можно добавлять другие химические вещества, чтобы уменьшить коррозию труб и сантехники. Это делается путем добавления контролируемых количеств определенных химикатов для доведения фактора pH до нейтрального уровня.

Распространение

• 12 Когда вода покидает очистную установку, она получает небольшую дозу хлора или хлорамина, чтобы убить любые вредные бактерии, которые могли проникнуть в систему распределения. Если растение не использует озон в качестве исходного дезинфицирующего средства, в воду добавляют большее количество хлора или хлорамина.
• 13 После того, как вода покидает растение, ее обычно хранят в закрытых резервуарах или резервуарах для защиты от загрязнения. В некоторых районах эти хранилища расположены на более высокой высоте, чем окружающая местность, и вода закачивается в резервуар или резервуар. Это приподнятое положение для хранения обеспечивает давление, необходимое для адекватного потока воды через водопровод и трубы в черте города. В других случаях вода хранится в помещениях, расположенных на уровне земли, а давление обеспечивается электронасосами, работающими по запросу.

Контроль качества

Федеральные и государственные стандарты качества воды устанавливают максимальные уровни загрязнения для более чем 90 органических, неорганических, микробиологических и радиоактивных материалов, которые могут быть обнаружены в воде. Эти стандарты далее делятся на первичные стандарты, которые охватывают материалы, которые могут быть вредными для человека, и вторичные стандарты, которые охватывают материалы и свойства, которые могут влиять на эстетические качества, такие как вкус, запах и внешний вид. Типичный водный район может выполнять более 50 000 химических и бактериологических анализов водоснабжения ежегодно, чтобы гарантировать соблюдение стандартов.

Будущее

Ожидается, что озабоченность населения безопасностью питьевой воды приведет к еще более строгим стандартам качества воды в будущем. По иронии судьбы, одна из самых недавних проблем связана не с загрязнением извне, а с воздействием одного из веществ, обычно используемых для дезинфекции воды, - хлора. Исследования последних 30 лет показали, что хлор образует определенные соединения с органическими веществами, содержащимися в воде. Наиболее распространенные соединения называются тригалометанами или ТГМ, которые имеют риск 1 из 10 000 вызвать рак при проглатывании или вдыхании в течение длительного периода. Одной альтернативой использованию хлора является хлорамин, который представляет собой комбинацию аммиака и хлора, которая не так легко образует ТГМ. Многие водоочистные сооружения уже перешли на хлорамин. Другие альтернативные дезинфицирующие средства включают озон, ультрафиолет, диоксид хлора и гибрид озона и перекиси водорода, называемый пероксоном.