Курсовая работа: Курсовая работа: Питна вода Херсонщини. Шляхи її очищення

Міністерство освіти і науки України

Херсонський державний університет

Інститут т природознавства

Кафедра загальної та органічної хімії

ПИТНА ВОДА ХЕРСОНЩИНИ. ШЛЯХИ ЇЇ ОЧИЩЕННЯ

Курсова робота

Виконавець:студентка ІІІ курсу

311 групи

Спеціальність:

„ПМСО. Біологія. Хімія”

денна форма навчання

______Федотова М.О.

Науковий

керівник роботи______ доцент Волкова С.А.

Херсон – 2008

ЗМІСТ

Вступ .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Розділ І. Вода та її якісний показник на Херсонщині. . .. . . . . . . . . . . . . .5

1.1 Вода, її властивості та аномалії. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .5

1.2 Фізичні та хімічні властивості води, їх аномалії.. . . . . . .. . . . . . . .9

1.3 Якісна характеристика води на Херсонщині. . . . . . . . . . . . . . . . .14

Розділ ІІ. Шляхи очищення природних вод для водопостачання. . .. . .18

2.1. Основні технологічні процеси очистки води. . . . . . . . . . . . . . . . . .18

2.2. Знезараження води хлором, озоном, сріблом та йодом. . . . . . . . . .20

2.3. Безагрегатні методи знезараження води. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Висновок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26

Список літератури . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . .28

ВСТУП

Вода в нашому житті – саме звичайне та саме розповсюджена речовина. Але з наукової точки зору це найбільш незвичайна, найбільш загадкова рідина.

Давнє положення алхіміків – „тіла не взаємодіють, доки не розчинені” – в значеній мірі справедливо. Людина та тварини можуть в своєму організмі синтезувати первинну воду, утворювати її при згоранні харчових продуктів та самих тканин.

Зв’язок між водою та життям настільки великий, що навіть дозволив І.В.Вернадському „розглядати життя, як особливу колоїдну водну систему... як особливе царство природних вод”.

Вода – речовина звична і незвична. Відомий радянський вчений академік І.В.Петрянов свою науково-популярну книгу про воду назвав „Найбільш незвичайна сполука в світі”. А доктор біологічних наук Б.Ф.Сєргєєв почав свою книгу «Цікава фізіологія» з розділу про воду – «Речовина, яка створила нашу планету».

Вчені мають рацію: немає на Землі речовини більш важливої для нас, чим звичайна вода, і в той же час не існує іншої такої речовини, у властивостях якої було б стільки протиріч та аномалій, скільки в її властивостях.

Питна вода, що подається централізованими системами водозабезпечення, повинна відповідати гігієнічним вимогам Держстандарту. За даними Держстандарту питна вода має такі гігієнічні вимоги:

- вода повинна бути безпечна в епідемічному відношенні, нешкідлива по хімічному склад ти мати благополучні органолептичні властивості;

- вода не повинна перевищувати допустимий вміст мікроорганізмів та бактерій;

- концентрація хімічних речовин, що зустрычаються в природних водах чи

доданих до води в процесі її обробки, не повинна перевищувати

нормативів;

- вода не повинна мати водні організми та поверхневу плівку.

Питна вода м. Херсону та Херсонської області не зовсім відповідає вимогам Держстандарту -2874-82 „ Вода питна”. Вона має значно більшу мінералізацію, твердість, погіршені смакові якості, у деяких районах вода має запах нафти.

Саме ці якості та проблеми і визначають актуальність теми курсової роботи.

Об’єктом дослідження є питна вода, яка придатна для вживання.

Предметом дослідження є питна вода на території Херсонщини та її якість.

Мета дослідження проаналізувати якість питної води на території Херсонщини і визначити, який метод доцільний для її очистки. Мета кокретизується наступними завданнями.

Завдання роботи полягають в тому, щоб проаналізувати стан питної води в м. Херсоні та Херсонській області:

1. Охарактеризувати стан питної води на Херсонщині;

2. Вибрати та проаналізувати найбільш доцільний метод очистки питної води Херсону;

Методи дослідження. Ми в роботі використали як загальнонаукові методи дослідження (узагальнення теоретичних даних та аналізу їх реалізації) так і спеціально-наукові методи: типологічний метод (комплексне дослідження даного питання, узагальнення матеріалів, вироблення висновків) та хімічний аналіз.

Структура роботи відповідає меті та завданням дослідження і складається зі вступу, 2-х розділів, висновку та списку використаної літератури.

1.1 Вода її властивості та аномалії.

«Світ чарівний та фантастичний»,- такими словами лауреат Нобеліської премії Альберт Сент-Д*єд ї характеризує відчуття досліду, вивчаючого структуру води. Результати тим сильніше дивовижні, що дуже звичайний сам об’єкт вивчення.

Молекула води (Н₂ О) складається з двох атомів водню та одного атому кисню. Виявляється, майже не вся багатообразність властивостей води та незвичайність їх проявленням визначається, в кінцевому результаті, фізичною природою цих атомів, способом їх об’єднання в молекулу і групуванням утворених молекул.

В окремій досліджуваній молекулі води атоми водню та кисню, точніше ядра, розміщенні так, що утворюють рівнобедрений трикутник. На вершині нього – порівняно велике кисневе ядро, в кутах, прилягаючих до основи, - по одному ядру водню. [5]

У співвідношенні з електронною будовою атомів водню та кисню молекула води розраховує п’ятьма електронними парами. Вони утворюють електронну хмару. Хмара неоднорідна – в ній можна розрізнити окремі скупчення та розрідження. У кисневого ядра утворюється надлишок електронної густини. Внутрішня електронна пара кисню рівномірно обрамляє ядро схематично вона представлена опуклістю з центром – ядром О.

Чотири зовнішніх електрона групуються у дві електронні пари, притягнуті до ядра, але частково нескомпенсовані. Схематично сумарні електронні орбіта- лі цих пар показані у вигляді еліпсів, витягнутих від спільного центра – ядра О . Кожний із залишених двух електронів кисню утворює пару з одним електроном водню. Ці пари також притягуються до електронного ядра. Тому водневі ядра – протони – виявляються трохи оголеними, і тут спостерігається нестача електронної густини.[8]

Таким чином, в молекулі води розрізняють чотири полюси зарядів: два негативних (надлишок електронної густини в області кисневого ядра) та два позитивних ( нестача електронної густини у двох водневих ядер). Для більшої наглядності можна представити, що полюси займають вершини деформованого тетраедра, в центрі якого знаходиться ядро кисню

––– –––

Майже кулеподібна молекула води має помітно виражену полярність, так як електричні заряди в ній розташовані асиметрично. Кожна молекула води є мініатюрним диполем з високим дипольним моментом – 1,87 дебая. Під впливом диполів води у 80 разів слабішають міжатомні чи міжмолекулярні сили на поверхні зануреної в неї речовини.

Інакше кажучи, вода має високу діелектричну проникність, найвищу з усіх відомих нам сполук.

Багато в чому, вода проявляє себе як універсальний розчинник. Її розчинній дії в той чи іншій мірі підпорядковуються і тверді речовини тіла, і рідини, і гази.

Постійно зближуючись з багатьма речовинами, вода фактично завжди представляла собою розчин різного, зачасту дуже складного складу.

Навіть із свіжовипадшої дождьової води можна виділити різні мінеральні та органічні сполуки, розчинені в ній.[6]

В прісних природних водах – річних, озерних – кількість розчинених речовин не перевищує 1 г/л. Від декількох одиниць до десятків грамів на літр коливається вміст солей у морській воді: наприклад, в Балтійському морі їх не більше 5 г/л, в Чорному – 18, а в Червоному близько 40г/л. В середньому в 1л океанської води розчинено 34-35 солей.

Сольовий склад річних та морських вод різний не тільки кількісно, але і якісно. На 89% морські солі складаються з хлоридів ( NaCl, KCl ), на 10% - з сульфатів ( Na₂ SO₄ , K₂ SO₄ та MgSO₄ ), на 1% - з карбонатів (NaCO₃ , KCO₃ ), а також незначних кількостей інших солей.

В прісних водах склад мінеральних домішок виглядає інакше. Найбільше з усіх тут карбонатів (NaтаK) – до 80 %. Сульфатів (Na, K та Mg) – близько 13%. Інші 7% припадають на хлориди (Na та K) та інші солі.[2]

Природна вода, що містить в розчині велику кількість солей Са та Mg, називається жорсткою на відміну від м’якої води, наприклад дождьової. Жорстка вода не дає піни з милом, бо розчинні солі жирних кислот, що знаходяться в милі ( а саме пальмітинова та стеаринова), переходять в нерозчинні кальцієві солі тих же кислот:

2Са₁₇ Н₃₅ СООNa + СаSO₄ = (C₁₇ H₃₅ COO)₂ Ca + Na₂ SO₄

З газів у прісних і морських водах в невеликих кількостях є і різноманітні органічні компоненти – розчинні сполуки типу білків, цукрів, спиртів, вуглеводів і т.д. Це продукти життєдіяльності та розпаду тваринних та рослинних організмів, заселяючих водойми та берега, а також відходи промисловості та сільського господарства.

Полярність молекул води, наявність в них частково нескомпенсованих електричних зарядів породжує схильність до групування молекул в великі «спілки» - асоціати. Виявляється, повністю відповідає формулі Н₂ О лише вода, яка знаходиться в пароподібному стані. Ці результати показали визначення молекулярної маси водяної пари. В температурному інтервалі від 0⁰ до 100⁰ С концентрація окремих (мономерних молекул) рідкої води не перевищує 1%. Всі останні молекули води об’єднані в асоціати різного ступеня складності, і їх склад описується загальною формулою (Н₂ О)_n .[9]

Безпосередньою причиною утворення асоціатів є водневі зв’язки. Вони виникають між ядрами водню одних молекул та електронними «скупченнями» (неподіленими електронними парами) у ядер кисню інших молекул води. Правда, ці зв’язки в десять разів слабкіше, чим «стандартні» внутрішньо-молекулярні хімічні зв’язки, і достатньо звичайних рухів молекул, щоб зруйнувати їх. Та під впливом теплових коливань так же легко виникають і нові зв’язки цього типу. Виникнення та розпад асоціатів можна виразити схемою:

х ∙ Н₂ О (Н₂ О)_х ,

оскільки електронні орбіталі в кожній молекулі води утворюють тетраедричну структуру, водневі зв’язки можуть впорядковуватись розміщенню молекул води у вигляді тетраедричних координованих асоціатів.

Можливі й інші моделі водяної структури. Тетраедрично зв’язані молекули води утворюють своєрідні рої, досить стабільного складу. Простір між роями заповнюють мономерні молекули води.

Дослідники розкривають все більш тонкі та складні механізми «внутрішньої організації» водяної маси. Крім льодоподібної структури , рідкої води та мономерних молекул, описаний і третій елемент структури – нететраедричний.

Визначна частина молекул асоційована не в трьохмірні каркаси, а в лінійні кільцьові об’єднання. Кільця, групуючись, утворюють ще більш складні комплекси асоціатів.

1.2 Фізичні та хімічні властивості води, її аномалії.

В періодичній системі елементів Д. І. Мєндєлєєва кисень утворює окрему підгрупу. Вона так і називається: підгрупа кисню.

Її складові кисень, сірка, селен і телур мають багато спільного у фізичних та хімічних властивостях. Спільність властивостей простежується, як правило, і для однотипних сполук, утворюваних членами підгрупи.

Але для води характерно відхилення від правил.

Із самих легких сполук підгрупи кисню ( а ними являються гідриди) вода – найлегша.[15]

Густина води при її переході з твердого стану в рідкий не зменшується, а збільшується. При нагріванні води від 0 до 4⁰ С густина її також збільшується. При 4⁰ С вода має максимальну густину і лише при подальшому її нагріванні зменшується з підвищенням температури.

Велике значення в житті природи має і той факт, що вода володіє високою теплоємкістю [4,18 Дж/ (г • К)]. Тому в нічний час, а також при переході від літа до зими вода охолоджується повільно, а вдень, чи при переході від зими до літа, так само повільно нагрівається, що є, таким чином, регулятором температури на Земній кулі. [3]

Розглянемо найбільш велику аномалію води – температурна поведінка її теплоємність. Велика теплоємкості, як відомо, показує, скільки треба затратити тепла, щоб підняти температуру речовини на один градус. Теплоємність рідини після плавлення кристалу збільшується незначно – не більше 10%. Інша справа вода. При плавленні льоду теплоємність стрибає від 0 до 18 кал/моль, тобто в два рази! Такого великого стрибку теплоємності при плавленні не спостерігається ні в одної іншої речовини: тут вода абсолютний рекордсмен. Стрибок теплоємності після плавлення означає, що у воді відкриваються якісь нові процеси, на які затрачується, підбите тепло і яке обумовлюється появою надмірної теплоємкості. Така надмірна теплоємкість існує в усьому діапазоні температур, при яких вода знаходиться в рідкому стані.[11]

Ось ще приклад теплоємності води: незвичайна температурна поведінка її стискування, тобто ступінь її зменшення об’єму при збільшенні тиску. Звичайно стискування рідини росте з температурою: при високих температурах рідина більш пухка і її легше стиснути. Вода виявляє таку нормальну поведінку тільки при високих температурах. При низьких же її стискування веде себе протилежним чином, в результаті чого в її температурній поведінці з’являється мінімум при 45⁰ С.

Вода має таку властивість як „змочування”. При вивченні цього явища встановили, що всі речовини, які легко змочуються водою (глина, пісок, скло, папір та ін.)обов’язково мають у своєму складі атоми кисню. Для пояснення природи змочування, цей факт виявився ключовим: енергетично неврів новажені молекули поверхневого шару отримують можливість утворювати додаткові водневі зв’язки з «чужими» атомами кисню.[10]

Дякуючи поверхневому натягу та властивості до змочування, вода може підніматись у вузьких вертикальних каналах на висоту більшу ніж та, яка допускається силою тяжіння, тобто вода має властивість капілярності.

Капілярність відіграє важливу роль у багатьох природних процесах, які виникають на Землі. Дякуючи цьому вода змочує товщу ґрунту, що лежить значно вище дзеркала ґрунтових вод і надає кореням рослин розчини поживних речовин. Капілярністю обумовлюється рух крові та тканинних рідин в живих організмах.

Найвищими виявляються у води саме ті характеристики, котрі повинні були б бути найвищими: температура кипіння та замерзання, теплота пароутворення та плавлення.

Вважали, що вода повинна кипіти при 70⁰ С та замерзати при – 90⁰ С. В такому випадку в земних умовах. В таких умовах вона ніколи не існувала б ні в твердому, ні в рідкому станах.

Можливим був би тільки газоподібний стан. Але на графіку залежності температур несподівано різкий підйом – температура кипіння води + 100⁰ С, замерзання – 0⁰ С. Це наглядна перевага асоціативності – широкий температурний інтервал існування, можливість здійснити всі фазові стани в умовах нашої планети. Асоціативність води відбивається і на дуже високій питомій теплоємності її пароутворення. Щоб випарувати воду, вже нагріту до 100⁰ С, потребує вшестеро більше кількості теплоти, чим для нагріву цієї ж маси води на 80⁰ С (від 20⁰ С до 100⁰ С).

Кожну хвилину мільйон тонн води гідросфери випаровується від сонячного нагріву. В результаті в атмосферу постійно потрапляє колосальна кількість теплоти, еквівалентне тому, яке б вироблялося 40 тисячами електростанцій потужністю 1 млрд кіловатт кожна.[16]

При плавленні льоду немало енергії йде на подолання асоціативних зв’язків льодяних кристалів, хоч і вшестеро менші, чим при випаровуванні води. Молекули Н₂ О фактично залишаються в тому ж середовищі, змінюється лише фазовий стан води.

На багатьох металургійних заводах Донбаса в якості охолоджувача використовують не холодну воду, а кип’яток. Охолодження йде за рахунок теплоти пароутворення – ефективність процесу підвищується в декілька разів, до того ж відпадає потреба в спорудженні громіздких градирен. Звичайно, кип’яток як охолоджувач використовується там, де потрібно охолоджувати об’єкти, нагріті вище 100⁰ С.

Широке застосування води в якості охолоджувача пояснюється не тільки і не стільки в її доступності та дешевизною. Справжню причину треба шукати також і в фізичних особливостях. Виявляється, вода володіє ще однією чудовою здібністю – високою теплоємністю. Поглинаючи велику кількість теплоти, сама вода суттєво не нагрівається. Питома теплоємність води в п’ять разів вище, чим у піску, і майже в десять разів вище, ніж у заліза.

Здібність води накопичувати більші запаси теплової енергії дозволяє згладжувати різні температурні коливання на земній поверхні в різні пори року та в різний час доби. Дякуючи цьому вода є основним регулятором теплового режиму нашої планети.

Теплоємність води аномальна не тільки по своєму значенню. Питома теплоємність різна при різних температурах, причому характер температурної зміни питомої теплоємності своєрідний: вона знижується по мірі збільшення температури в інтервалі від 0 до 37⁰ С, а при подальшому збільшенні температури – збільшується. Мінімальним значенням питомої теплоємності води виявлено при температурі 36,79⁰ С. Виявилось, що при цій температурі здійснюється і мікрофазові перетворення в системі «рідина – кристал», тобто «вода – лід». Встановлено, що при змінені температури від 0 до 100⁰ С вода послідовно проходить п’ять таких перетворень. Їх назвали мікрофазовими, так як протяжність кристалів мікроскопічна, не більш 0,2-0,3 нм. Температурні межі переходів – 0, 15, 30, 45, 60 та 100⁰ С.[13]

Поглиблене вивчення фізичного значення та напрямку практичного застосування даного явища ще чекають своїх досліджень. Але вже й тепер зрозуміло, що ці відкриття представляють дуже цікавий та цінний пізнавальний матеріал.[14]

Молекули води відрізняються великою стійкістю до нагрівання. Проте при температурах вище 1000⁰ С водяна пара починає розкладатисяна водень та кисень:

2Н₂ О 2Н₂ + О₂

Процес розкладу речовини в результаті його нагрівання називається термічною дисоціацією. Термічна дисоціація води протікає з поглинанням теплоти. Тому, чим вище температура, тим в більшому ступені розкладається вода.

Вода – дуже реакційна сполука. Оксиди багатьох металів та неметалів з’єднуються з водою, утворюючи основи та кислоти:

Н₂ О + Na₂ O = 2NaOH

H₂ O + SO₂ = H₂ SO₃

деякі солі утворюють з водою кристалогідрати:

H₂ O + H₂ SO₄ = H₂ SO₄ ·H₂ O

10H₂ O + Na₂ CO₃ = Na₂ CO₃ · 10H₂ O

H₂ O + NaOH = NaOH · H₂ O

5H₂ O + CuSO₄ = CuSO₄ · 5H₂ O;

найбільш активні метали взаємодіють з водою з виділенням водню:

2H₂ O + Li = 2LiOH + H₂

2H₂ O + Ca = Ca(OH)₂ + H₂ .

Вода здатна утворювати сполуки з рядом речовин, що знаходяться при звичайних умовах в газоподібному стані та не володіючих великою хімічною активністю. Прикладом можуть слугувати гідрати Хе · 6Н₂ О,

СН₄ · 6Н₂ О, С₂ Н₅ Сl · 15Н₂ О. Такі сполуки утворюються в результаті заповнення молекулами газу міжмолекулярних порожнин, що є в структурі води, і називаються сполуками включення, чи клатратами. Клатрати – нестійкі сполуки і можуть існувати при порівняно низьких температурах.

До важливих хімічних властивостей води належить її здатність вступати в реакції гідролітичного розкладу:

СН₃ СОО^-- + Н₂ О СН₃ СООН + ОН^- .

- вода не повинна перевищувати допустимий вміст мікроорганізмів та бактерій;

- концентрація хімічних речовин, що зустрычаються в природних водах чи

доданих до води в процесі її обробки, не повинна перевищувати

нормативів;

- вода не повинна мати водні організми та поверхневу плівку.

1.2. Якісна характеристика води на Херсонщині.

Однією з найболючіших проблем області є стан питних вод. Саме цей фактор серйозно впливає на здоров’я населення області, зокрема, на сольовий баланс системи травлення, появу злоякісних пухлин, порушує діяльність кровотворної, сечостатевої й інших систем людини.

Треба мати на увазі, що вода з високою мінералізацією по існуючому ДСТУ 2874-82 «Вода питна», не можуть використовуватись як питні. Така вода має обмежене використання для різних цілей. Але ситуація в області показує повальне нехтування державними стандартами в цій сфері. Дані Півленно-

Української гідрогеологічної партії показують, що особливо гостро стоїть проблема мінералізації питної води на території північних та південно-східних районів. Тут мінералізація підземних вод пересічно 1.5-3,0г/л. Але у південно східній частині Великоолександрівського, південній частині Бориславського, у центральній частині Бєлозерського, Нижньосірогозького, Горностаївського районів, західній частині територій, що підпорядкована Херсонській міській раді ситуація не гірша – тут мінералізація більше 3,0 г/л. а в окремих свердловинах мінералізація досягає 7,0 г/л. Найкращі підземні води з мінералізацією до 1г/л розповсюджені на обмеженій території Цюрупинського, Голопристанського, а також на більшості територій Садовського та Каланчацького районів, в місті Нова Каховка.

Що стосується ситуації з підземними та питними водами окремих міст, то, наприклад, на території Бориславського водозабору спостерігається збільшення загальної жорсткості води з 7,7 до 11 мг-екв/л, мінералізації з 0,4-0,7 до 1,1-1,3 г/л, вміст нітратів – від слідів до 44-46 мг/л.

По 6 свердловинам в 2000 році мінералізація води коливалась в межах 3,8-4,2 г/л. у воді більшості свердловин спостерігаються високі концентрації нітратів. Аналогічна ситуація спостерігається в деяких свердловинах селища Степановка.

Більш ніж на третині водопроводів області виявлені порушення санітарних норм та правил, біля 20% артезіанських свердловин не мають зон огородження зон суворого режиму, більше 30% водонапірних башт протікають, більша частина водопровідних мереж амортизована. В багатьох населених пунктах у зв’язку з незадовільним станом насосно-силового обладнання відмічаються часті перебої у подачі населенню питної води.

Найбільш тяжке становище з водопостачанням склалось у Бериславському, Високопільському, Горностаївському, Генічеському районах, де забруднена бактеріями кожна 5-10 проба води. Стабільне погіршення якості води відмічається на території Іванівського, Генічеського (території, що примикають до Запорізької області), східної частини Каховського, Горностаївського і Білозерського районів. Інтенсивна експлуатація водних ресурсів сприяє перетіканню мінералізованих вод із суміжних водоносних горизонтів.

На даний момент водопостачання міста проводиться Водоканалом з Верхньо-Сарматського водоносного горизонту 153 свердловинами. Подається та розподіляється вода шістьма насосними станціями водопроводу. Добова подача для міста – 120-130 тис.м³ води/доба. З них, 55 свердловин подають близько 58 тис.м³ /добу з відхиленням від ГОСТ по сольовому складу (вживання цієї води дозволено Мінздравом та Гостстандартом України). В місті в літній, пекучій період відчувається дефіцит питної води, яка досягає 30-40 тис.м³ /добу. Із 153 свердловин 111мають 100% зношення та експлуатуються на 10-15, а деякі й на 20 років понад нормативного терміну експлуатації.

Контроль якості води проводиться акредитованою лабораторією Водоканалу по графіку, затвердженому Міською санепідемстанцією. З практичного досвіду тампонування свердловин, що дають неякісну воду, та свердлування в безпосередній близькості від нових свердловин, встановлено, що якість води знову просвердлених свердловин відповідає ГОСТ. Виходячи з цього, потрібно свердловини,що дають воду з відхиленням від ГОСТ, за тампонувати та просвердлити нові.

М. Херсон розташоване на правому березі Дніпра. Історично склалося, що питну воду беруть із артезіанських свердловин, які розташовані на території самого міста. У останні роки у місті все більше зростає дефіцит питної води та погіршилась її якість.

Свердловин на території Херсону близько 400, але тільки 146 належать Міськводоканалу – організації, яка постачає питну воду херсонцям. Інші свердловини належать різним підприємствам, які споживають цю воду безконтрольно. Ця основна причина того, що виснажується водоносний пласт, з якого відбирається вода.

Другою причиною є безконтрольність водоспоживання господарств,які використовують воду із мережі водопостачання міста.

Це привело до того, що херсонці скаржились на неякісну питну воду.

В 1990-1994 рр. комісія депутатів Міськради з екології вивчила стан питної води у місті. Виявилось, що з 1980 р. питна вода у водопостачальній мережі міста мала значно більшу мінералізацію, ніж передбачено Держстандартом. Міські організації одержали спеціальний дозвіл Мінздраву України на вживання цієї води.

Ще однією особливістю водопостачальної мережі Херсону є те, що у різних районах міста вода неоднакова. Це пояснюється тим, що є свердловини локально приєднані до окремих будинків і не з’єднані з міською мережею. У таких свердловинах вода має добрий смак, не має перевищення по мінералізації та твердості. Крім того, у таких свердловинах відсутнє хлорування води.

Однією з причин дефіциту питної води є вкрай зношена водна мережа міста. Таким чином, м. Херсон забезпечується артезіанською питною водою, яка є біохімічно чистою – у ній відсутні бактерії, але її нераціонально використовують, втрачають при транспортуванні у загальну мережу водопостачання.

Питна вода у більшості районів Херсону має підвищену мінералізацію, твердість, погіршені смакові якості. Це хибно впливає на стан здоров’я херсонців, адже за даними Всесвітньої організації здоров’я (ВООЗ) 80% захворювань виникають через низьку якість води.[18]

Розділ ІІ. Шляхи очищення природних вод для водопостачання.

2.1. Основні технологічні процеси очистки води.

Необхідність обробки води виникає тоді, коли якість води природних джерел не задовольняє необхідних вимог. Така невідповідність може бути тимчасовою чи постійною. Характер і ступінь невідповідності якості води джерела вимогам користувача зумовлює вибір методів обробки. Якщо при цьому може бути використано різні методи очистки, то вибір їх проводиться на основі техніко-економічних розрахунків.

Розрізняють такі поняття: більш широке - водоочистка і вужче - водопідготовка.

Водоочистка - це комплекс технологічних процесів, які спрямовані на доведення якості води, що надходить у водопровід з джерела водопостачання, до встановлених показників.

Водопідготовка - це обробка води, яка надходить з природного джерела постачання для живлення парових котлів та інших технологічних цілей. Водопідготовка проводиться на ТЕС, транспорті, у комунальному господарстві, на промислових підприємствах.

Технологія кондиціювання води передбачає процеси, пов'язані з коригуванням її фізичних і хімічних властивостей, а також процеси знезараження (звільнення від патогенних бактерій і мікроорганізмів).

Класифікація домішок за Фазовим станом Л.А. Кульського, найбільш загальними і характерними ознаками забруднюючих воду речовин є форми знаходження їх у воді. Тому в основу принципу групування домішок і технологічних прийомів водоочистки цим автором запропоновано поняття про фізико-хімічний стан домішок у воді. Цей стан значною мірою характеризується дисперсністю речовин і визначає закономірності процесів, що протікають у водному середовищі.

Усі домішки, які забруднюють водойми, охоплюються повністю цими чотирма групами даної класифікації.

До І групи домішок води належать завислі у воді речовини. Сюди слід віднести також бактеріальні завислі речовини та інші біологічні утворення. Вилучення цих домішок, тобто освітлення води, може бути досягнуто шляхом використання безагрегатних методів.

ІІ група домішок води - різні типи гідрофільних і гідрофобних систем, високомолекулярні речовини й детергенти - може вилучатися з води за допомогою різних методів і технологічних прийомів. Так, використовується обробка води хлором, озоном та іншими окисниками. При цьому знижується колірність води, знищуються мікроорганізми, руйнуються гідрофільні колоїди, що створює сприятливі умови для наступного коагулювання, прискорюється процес утворення пластівців та осаду.

Для ІІІ групи домішок, які є молекулярними розчинами, найбільш ефективними є такі процеси їх вилучення з води, як:

· керування;

· окиснення;

· адсорбція.

До IV групи домішок, які є електролітами, технологія очистки води зводиться до зв'язування іонів у мало розчинні і мало дисоційовані сполуки за допомогою доданих у воду реагентів.[3]

Хімічні, фізичні та фізико-хімічні процеси, які використовуються для підготовки води, можна поділити на дві групи.

· До першої - відносяться процеси, пов'язані з коригуванням її фізичних і хімічних властивостей.

· Друга група об'єднує процеси, які забезпечують знезараження води, тобто звільнення від шкідливих бактерій та мікроорганізмів.

До першої групи (коригування властивостей) відносяться процеси, які дозволяють провести освітлення, усунути з води небажані присмаки і запахи, агресивні гази, залізо, марганець, кремнієву кислоту тощо.

Знезараження води є обов'язковим за умови санітарної ненадійності джерела, що використовується для господарських цілей.

Коригування властивостей води є найважливішими, як за поширенням, так і за питомою вагою. Є процеси освітлення та усунення колірності. Для освітлення та усунення колірності використовують безреагентні та реагентні методи.

2.2. Знезараження води хлором, озоном, сріблом та йодом

Знезараження води є обов'язковим за умови санітарної ненадійності джерела, що використовується для господарських цілей, як правило, перед знезараженням проводять освітлення й усунення колірності води, в результаті чого вода звільняється від завислих часток, які затруднюють проведення знезараження, і від частини бактерій (при фільтруванні затримується 98-99% всіх бактерій). Але знезараження можна розглядати як самостійний і часто єдиний процес обробки води. У такому вигляді він використовується на водопроводах, джерелом яких є підземні води. Знезараження води може здійснюватися двома способами - за допомогою спеціальних реагентів і без них.[5]

Реагентними методами називаються такі, за яких для знезараження води використовуються хімічні речовини, що викликають загибель мікроорганізмів. Такими речовинами є багато окисників (Cl, N₂ ), а також солі деяких важких металів (в основному Ag і Cu).

За безреагентних методів знезаражена вода підлягає впливу ультрафіолетових променів, які мають бактерицидні властивості (короткі хвилі в межах 2000-2950 А), чи високої температури (кип'ятіння).

Хлорування води - один із поширених методів знезараження води на водопроводах. Ця процедура виконується в усіх випадках забору води з поверхневих водойм, а також при отриманні води з підземних джерел, бактеріальні показники яких не відповідають вимогам стандарту. Хлорування води відбувається газоподібним Cl, або ж речовинами, що містять активний Cl: хлорне вапно, хлорит, діоксид хлору.

Збудники тифу, дизентерії, холери й бруцельозу є дуже чутливими до дії хлору. Навіть сильно заражена бактеріями вода значною мірою дезінфікується порівняно невеликими дозами хлору. Але все одно - при хлоруванні повної стерилізації води не відбувається.

Бактерицидний ефект хлору значною мірою залежить від його початкової дози і тривалості контакту з водою. Частіше за все на руйнування клітин витрачається лише незначна частина хлору. Більша частина хлору йде на реакцію з різноманітними органічними і мінеральними домішками, які містяться у воді.

Хлорування є заходом, який постійно здійснюється на комунальних водопроводах та станціях з очистки господарсько-побутових і деяких категорій промислових стічних вод. Крім того, хлорування проводиться як короткочасний чи періодичний захід, необхідний для дезінфекції ділянок водопроводу, що вводяться в експлуатацію, фільтрів, резервуарів чистої води.

Постхлорування - це процес знезараження води, який проводиться після всіх інших способів її обробки і є завершальним етапом очистки води. Постхлорування може здійснюватися як невеликими дозами (нормальне хлорування), так і підвищеними (перехлорування). Використовується воно і спільно з іншими речовинами для знешкодження мікроорганізмів (комбіноване хлорування).

Практичне використання процесу хлорування в основному зводиться до пре- та постхлорування. Застосовується також подвійне хлорування (пре- та постхлорування). Подвійне хлорування використовується за високої колірності води та за підвищеного вмісту в ній органічних речовин.

Озонування води - один із ефективних методів знезараження води. Озон, як відомо, є алотропічною модифікацією кисню, і молекула його на відміну від молекули киснюO₂ складається не з двох, а з трьох атомів О₃ . Озонування води ґрунтується на властивості озону розкладатися у воді з утворенням атомарного кисню:

О₃ О₂ + О ,

який руйнує ферментні системи мікробних клітин, окиснює деякі сполуки, що надають воді неприємного запаху (наприклад, гумінові основи). З позиції гігієни озонування є одним з найкращих способів знезараження води. Вода при цьому не збагачується додатковими домішками. Залишковий невикористаний озон через короткий проміжок часу розпадається і перетворюється на кисень.

Треба зазначити, що озонування води є відповідальним технологічним процесом, який вимагає великих витрат електроенергії, застосування складних приладів і висококваліфікованого технагляду, оскільки концентрований озон - отруйний газ. Це до певної міри є стримуючим фактором для його широкого застосування.

Знезараження води іонами срібла навіть у малих концентраціях має властивість знищувати мікроорганізми, що пояснюється властивістю його іонів руйнувати протоплазму мікроорганізмів.

Ступінь активності срібла тим більший, чим вища концентрація його іонів у розчині. Збагачення води іонами Ag досягається кількома способами: методом контактування води з розвинутою поверхнею металу (посріблені кільця Рашига, пісок Краузе тощо),

– методом безпосереднього розчинення у воді препаратів срібла електролітичними способами (метод А.Л. Кульського).

«Срібна вода», яка готується електролітичним розчиненням, має високі бактерицидні властивості і з успіхом може бути використана для очистки води від шкідливих мікроорганізмів, дезинфекції та консервування продуктів харчування, для лікувальних цілей тощо. Завдяки мізерним дозам срібла вона є зовсім не шкідливою.

Йодування води. З галогенів, окрім Cl, для знезараження води використовуються також I і Br. Але в практиці водопостачання знайшло застосування лише йодуванням води. Йодування має ряд суттєвих переваг порівняно з хлоруванням:

– менша тривалість контакту з водою;

– більший бактерицидний ефект;

– розширення діапазону бактерицидної дії;

– йод не є елементом, чужим для людського організму;

– концентрація йоду в обробленій воді нерідко не перевищує фонових значень вихідної води.

В нашій країні йодування у виробничих масштабах було здійснено на водному транспорті.

2.3. Безагрегатні методи знезараження води.

Безагрегатні методи знезараження води:

– Знезараження води ультрафіолетовим промінням. Ультрафіолетове проміння впливає на білкові молекули і ферменти цитоплазми клітин. Знезараженню ультрафіолетовим промінням краще за все піддається очищена прозора вода, колірність якої не перевищує 20°, оскільки завислі та колоїдні частинки розсіюють світло і заважають проникненню ультрафіолетового проміння.

Джерелами ультрафіолетового проміння є ртутні лампи, виготовлені з кварцового скла (оскільки звичайне скло не пропускає ультрафіолетову радіацію). Під дією електричного струму ртутні пари дають яскраве зеленувато-біле світло, багате на ультрафіолетове проміння. Існують два основні види апаратів для опромінення: апарати із зануреними і незануреними джерелами ультрафіолетових променів.

Знезараження опроміненням не вимагає додавання у воду хімічних реагентів, не змінює фізико-хімічних властивостей домішок і не впливає на смакові якості води.

Але використання методу обмежується високою вартістю обробки води й відсутністю післядії. Короткочасність знезаражуючого ефекту виключає застосування методу, якщо існує небезпека повторного зараження води.

– Знезараження води ультразвуковими хвилями. Єдиної теорії, яка б пояснювала досконалу бактерицидну дію ультразвуку, на даний час немає. Найбільш вірогідною є гіпотеза, що пояснює дію ультразвуку на бактерії у воді явищем кавітації, тобто утворенням у рідині порожнини та бульбашок, миттєве «закривання» яких підвищує тиск до десятків тисяч атмосфер. До сьогоднішнього часу дослідження ультразвукових хвиль з метою використання їх в практиці на вітчизняних водопроводах не вийшло із стадії експериментів. За кордоном існують промислові установки.

– Термічне знезараження. Термічний метод знезараження застосовується для невеликих об'ємів води. Цим методом користуються в побутових умовах, в санаторіях, в лікарнях, на суднах, у потягах. Знезараження досягається 5-10 хвилинним кип'ятінням. Термічний метод знезараження води не знайшов застосування навіть на малих водопроводах через його високу вартість, пов'язану з великими витратами палива, та через малу продуктивність установок.

Утворення токсичних хлорорганічних сполук при хлоруванні води. За певних умов при обробці води активним хлором можуть утворюватися небезпечні для здоров'я людини речовини, зокрема:

– хлороформ (має канцерогенну активність);

– дихлорбромметан, хлоридбромметан, трибромметан (мають мутагенні властивості);

– 2,4,6-трихлорфенол, 2-хлорфенол, дихлорацетонітрил, хлорпіридин, поліхлоровані біфеніли (є імунотоксичними та канцерогенними).

Гранично-допустимі концентрації таких токсичних сполук, як тригалогенметани (ТГМ), у національних і міжнародних стандартах якості питної води коливаються в широких межах (від 1 до 100 мкг/л), оскільки це питання ще мало вивчено. Так, стандарти ЄЕС вимагають вилучення ТГМ до 1 мкг/л, рекомендації ВООЗ - до 10-30 мкг/л, стандарт США - до 100 мкг/л, а рекомендації нашого Міністерства охорони здоров'я - до 60 мкг/л.

В результаті проведених за останні 10 років досліджень було встановлено, що у воді можуть бути присутніми токсичні леткі галогенорганічні сполуки (ЛГС). Це в основному сполуки, що відносяться до групи ТГМ: хлороформ, дихлорбромметан, дибромхлорметан, бромоформ та інші, які мають канцерогенну і мутагенну активність.

Медиками виявлено взаємозв'язок між кількістю онкологічних захворювань і споживанням населенням хлорованої води, яка містила галогенорганічні сполуки.

У концепції поліпшення якості питної води в Україні, яку було створено згідно з прийнятою Урядом в 1991 р. науково-соціальною програмою «Питна вода», передбачено розробку і впровадження сучасних технологій отримання якісної питної води з використанням N₂ , H₂ O₂ , що виключає застосування хлору в технології очистки і запобігає утворенню високотоксичних хлорорганічних сполук.

Але в найближчий час, як вважає ряд учених (зокрема, О.В. Сліпченко, Л.А. Кульський, Є.С. Мацкевич, 1990), за умов масового централізованого водопостачання відмовитися від знезараження води методом хлорування буде складно з економічних і технологічних причин.

Висновки

1. Однією екологічних проблем області є стан питних вод. Саме цей фактор серйозно впливає на здоров’я населення області, зокрема, на сольовий баланс системи травлення, появу злоякісних пухлин, порушує діяльність кровотворної, сечостатевої й інших систем організму людини.

Нераціональна експлуатація свердловин та тотальне зрошення Херсонської області привело до того, що ці горизонти насичуються водами інших водоносних горизонтів. Головним наслідком такого процесу є збільшення мінералізації питних вод.

Дані Південноукраїнської гідрогеологічної партії показують, що особливо гостро стоїть проблема мінералізації питної води на території північних та південно-східних районів.

Найкращі підземні води розповсюджені на обмеженій території Цюрупинського, Голопристанського, а також на більшості територій Садовського та Каланчацького районів, в місті Нова Каховка.

2. Більшість свердловин Херсону об’єднані у загальну мережу. Очищення води проводиться методом хлорування: газоподібним Cl, або ж речовинами, що містять активний Cl: хлорне вапно, хлорит, діоксид хлору.

Для зменшення агресивності дії Cl можна запропонувати хлорування з амонізацією, що знижує окислювально-відновлювальний потенціал системи «природна вода-хлор». Зв’язаний хлор (хлораміни), що при цьому утворюється, має менші властивості, ніж вільний хлор, внаслідок чого концентрація хлорорганічних сполук у воді значно зменшується. Через це поліпшуються органолептичні властивості води.

Вміст хлору в воді при хлоруванні з амонізацією знижується від 0,33-0,36 мг/дм³ до 0,02-0,05 мг/дм³ .

При застосуванні амонізації зменшились дози хлору, наприклад, уже в червні 2000р. доза хлору на первинному хлоруванні знизилась від 6,5 мг/дм³ до 4 мг/дм³ .

Можна також використовувати метод флокуляції води. У холодний період року, коли коагуляція ускладнена, для досягнення відповідності показників якості потрібно значно збільшувати дози коагулянту, що призводить до зростання залишкового алюмінію у питній воді, який токсичним елементом.

Для вирішення цієї проблеми використовують флокулянти, які посилюють процес коагуляції при зниженні доз коагулянту. Цей процес веде до зменшення кольоровості води питної води від 20-18 до 15-10 градусів, а залишкового алюмінію, в середньому, від 0,24 мг/дм³ до 0,09 мг/дм³

Тому використання такої води супроводжується захворюваннями.

Список використаної літератури:

1. Общая химия .М.К.Стругацкий и Б.П.Надеинский// 2-е изд. М: - 1959. – 340с.

2. Общая химия./ Н.Л.Глинка.// Изд. „Химия” – 1978. – 718с.

3.Посібник для вступників ло вищих навчальних закладів./Хомченко Г.Л.// Пер. З рос. – К.: Видавництво А.С.К., 2003. – 480с.

4. Наукова стаття Волкової С.А.

5. Науково-практичний журнал « Вода та водоочисні технології».// № 3, К:. – вересень 2003.—120 с.

6. Наддніпрянська правда./ № 21 за 20.05.04.

7. Використання і охорона підземних вод// Яковенко П.І./ К.: Урожай 1986. 104с.

8. Экспедиция по исследованию качества воды в Украине. Грант № ОС-003695-127000. Киев. 2000. – 41с.

9. Экологическая геология Украины. Справочное пособие. – К.: Наукова думка, 1993. – 408 с.

10. Інформаційний звіт по режиму підземних вод, оцінці їх стану, Державного обліку вод по Херсонській області за станом на 1.01.2001р.,Херсон,2001.

11. Гідрохімія України./ Горев Л.М., Пелешенко В.К.,Хільчевський В.К.// К.: Вища школа, 1995. – 307с.

12. Гигиеничечкая оценка современних способов обеззараживания питьевой води / Авчинников А.В.// Гигиена и санитария. – 2001.-- № 2. – С.11-20.

13. Дезинфекция питьевой воды: проблемы и решения/ Бахир В.М. // Питьевая вода. – 2003.- №1 С.13-20

14. Современное состояние проблемы обеззараживания води/ Гончарук В.В.// Химия и технология воды. – 1998. – Т.20, № 2 – С.190-213.

15. Хлорирование воды как фактор повышенной опасности для здоровья населения/ Красовский Г. Н., Егорова Н.А.// Гигиена и анитария. – 2003. № 1. – С.17-21.

16. Технология обеззараживания води./ Малышев С.А.// Вода і очисні технології. – 2002. № !. – С.47-49.

17. Екологія Херсонської області/ Бойко М.Ф./ 2003 – 17-21, 88-91.

18. Популярная медицинская енциклопедия. БМЭ, -- 1963.- С.14-16.

19. Концерн «Природа»// Водаі водоочисні технології. – 2001. - № 2.-45с.