Пресная вода

О.В.Мосин

Виды пресной воды

Все имеющиеся на Земле запасы пресной воды составляют лишь небольшую часть общего количества воды. Они возникают в результате испарения воды из океанов и с поверхности суши, а также с листьев растений. Накапливающиеся в атмосфере пары воды переносятся вследствие глобальных циркуляции атмосферы в другие географические широты, где выпадают в виде осадков-дождя или снега. Выпадающая в виде осадков вода сбегает в реки или собирается в озера и подземные резервуары. В конце концов она испаряется или уносится реками обратно в океаны.

Приблизительно 10% пресной воды расходуется на домашние нужды, остальное идет на нужды сельского хозяйства и промышленности. Для получения одного фунта сахара требуется около 200 л воды, для выращивания одного фунта зерна (с учетом осадков) 700 л воды, а для получения одного фунта синтетической резины 1200 л воды.

Увеличение расхода воды на домашние нужды обгоняет рост населения, поскольку возрастает использование таких бытовых приборов, как автоматические посудомойки, стиральные машины и устройства для удаления мусора. В автоматической посудомойке требуется 40 л воды на одну загрузку, что приблизительно вдвое больше, чем при мытье посуды вручную. Средний американец ежедневно расходует примерно 200 л воды, не считая воды, расходуемой на поливку газонов и садов.

Вода для домашних нужд, сельского хозяйства или промышленных предприятий поступает из озер, рек и подземных источников либо из искусственных резервуаров. Большая часть воды, попадающей в систему водоснабжения, была предварительно «использована»; она уже прошла через одну или несколько канализационных систем или промышленных предприятий. Поэтому ее обычно приходится предварительно обрабатывать, прежде чем она попадает в наши водопроводные краны.

После использования воду снова необходимо обрабатывать, чтобы она не загрязняла озера и реки, куда ее возвращают. Важность обработки канализационных и сбросовых вод после их промышленного использования становится все более очевидной, так как многие воды подвергаются многократному использованию, прежде чем они попадают в моря и океаны.
Пресная вода подразделяется на две группы: обычную воду и минеральную.

В переделах каждой группы вода сильно отличается по составу в связи с геологическими и географическими особенностями. Эта классификация справедлива для вод естественного происхождения, но, помимо них, существуют искусственные воды, создаваемые человеком целенаправленно или в качестве отходов хозяйственной деятельности. К ним относятся искусственные минеральные воды, опресненная вода (из морской) и дистиллированная вода, а также особые воды, насыщенные тем или иным компонентом, например серебряная вода. Что же касается жидких отходов, то они представлены сливами и сточными водами.

Обычная пресная вода

Пресные воды рек и озер различны по химическому составу. Эти различия возникли изначально и связаны с климатической зоной и особенностями местности, в которой находится водоем. Вода — универсальный растворитель, а это значит, что ее насыщенность минералами зависит от почвы и залегающих под нею горных пород. Кроме того, вода подвижна, и, поэтому, на ее состав влияют выпадающие осадки, таяние снегов, половодье и притоки, впадающие в более крупную реку или озеро.

Пресная вода не является идеально чистой. В ней содержатся растворенные газы (главным образом О2, N2 и СО2), множество катионов (преимущественно Na+, K+, Mg2+, Ca2+ и Fe2+), а также анионов (преимущественно Cl-, SO42+ и НСО3-). Обычно в ней присутствуют взвешенные частицы твердых веществ, например глины.

Количество растворенного в воде кислорода является важным показателем ее качества. Кислород необходим для жизни рыб и большинства других водных форм жизни. Рыба, обитающая в холодных водах, может существовать при наличии в воде приблизительно 5 млн. долей растворенного кислорода. Вода, полностью насыщенная воздухом при давлении 1 атм и 20°С, содержит приблизительно 9 млн. долей О2. Аэробные бактерии поглощают растворенный в воде кислород для окисления органических веществ, которые служат им пищей и удовлетворяют их энергетические потребности. Органические вещества, способные окисляться бактериями, называются биоразложимыми. Окисление происходит в результате сложной последовательности химических реакций, сопровождающихся постепенным исчезновением органического вещества. Содержащиеся в биоразложимых веществах углерод, водород, кислород, азот, сера и фосфор превращаются главным образом в СО2, Н2О, NO3-, SO42-. и фосфаты. Происходящие в воде окислительные реакции иногда снижают количество растворенного кислорода до уровня, при котором невозможно дальнейшее существование аэробных бактерий. В этих условиях процесс разложения выполняют анаэробные бактерии, в результате чего образуются такие продукты, как СН4, NH3, H2S и PН3.

Количество растворенного кислорода, необходимое для разложения всех биоразложимых органических отходов в воде, называется биохимической потребностью в кислороде (БПК). БПК указывает перегруженность воды органическими загрязнителями. Стандартной пробой на такие органические вещества является пятидневная проба БПК. При проведении этой пробы загрязненную воду разбавляют насыщенной воздухом дистиллированной водой, чтобы обеспечить избыток кислорода, и измеряют количество растворенного кислорода в полученном растворе. Затем раствор выдерживают в течение 5 дней при 20°С, после чего снова измеряют количество растворенного в нем кислорода. Пятидневную БПК, обозначаемую БПК5, вычисляют как количество израсходованного растворенного кислорода. Пятидневная БПК обычно составляет приблизительно три четверти полной БПК воды. У нормальной питьевой воды БПК5 не превышает 1,5 млн. долей О2. Канализационная вода до предварительной обработки обычно имеет БПК5 от 100 до 400 млн. долей О2.

Микробиологический состав воды зависит от водной флоры и фауны, от лесов и лугов на берегах водоема и еще от множества других причин, не исключая факторы космического свойства. Патогенность микробов резко возрастает в годы солнечной активности: прежде почти безвредные становятся опасными.

Большое значение в характеристике свойств воды играет показатель её чистоты. Существует несколько важных показателей качества пресной природной воды: кислотность рН (или водородный показатель), жесткость и органолептика.

рН связана с концентрацией ионов водорода в среде, измеряется с помощью простого прибора рН-метра» и дает нам понятие о кислотных или щелочных свойствах воды как растворителя:

рН < 7 — кислая среда;
рН = 7 — нейтральная среда;
рН > 7 — щелочная среда.

Это очень важный показатель не только для воды, но и для человеческого организма, кислотный баланс которого должен выдерживаться в определённых рамках: допустимые значения рН составляют от 7,38 до 7,42 и не могут отклоняться даже на 10% от этого диапазона. При рН = 7,05 человек впадает в предкоматозное состояние, при рН = 7,00 наступает кома, а при рН = 6,80 — смерть. рН человеческого организма сохраняется так называемыми буферными растворами физиологических жидкостей (мочи, крови, лимфы и слюны) в состав которых входят карбонатный и фосфатный буферы.

Жесткостью называется свойство воды, обусловленное содержанием в ней ионов кальция Са2+и магния Mg2+. Жесткость определяют по специальной методике, описанной в ГОСТах на питьевую воду, единицы ее измерения — моль на кубический метр (моль/м3) или миллимоль на литр (ммоль/л).

Различаются несколько видов жесткости — общая, карбонатная, некарбонатная, устранимая и неустранимая; но чаще всего говорят об общей жесткости, связанной с суммой концентраций ионов кальция и магния.

Под органолептическими характеристиками воды понимаются ее запах, вкус, цвет и мутность.

Запах, цвет и вкус воды

Запах воды определяют (землистый, хлорный, запах нефтепродуктов и т. д.) и оценивая интенсивность запаха по пятибалльной шкале (ноль соответствует полному отсутствию запаха):

— очень слабый, практически неощутимый запах;
— запах слабый, заметный лишь в том случае, если обратить на него внимание;
— запах легко замечается и вызывает не одобрительный отзыв о воде;
— запах отчетливый, обращает на себя внимание и заставляет воздержаться от питья;
— запах настолько силен, что делает воду не пригодной к употреблению.

Вкус воды характеризуется определениями соленый, кислый, сладкий, горький, а все остальные вкусовые ощущения называют привкусами. Оценивают вкус по такой же пятибалльной шкале, как и запах, с градациями: очень слабый, слабый, заметный, отчетливый, очень сильный.

Цвет воды определяют фотометрически, путем сравнения испытуемой воды с эталонными растворами, имитирующими цвет природной воды. Оценивают цвет по специальной шкале цветности с градациями от нуля до 14. Аналогичным образом исследуют и мутность.

Свойства воды изучаются методами качественного и количественного химического анализа. На каждую примесь имеется свой ПДК — предельно допустимая концентрация, то есть такая, которая не наносит вреда нашему организму. Но есть вещества, вирусы и бактерии, для которых ПДК равен нулю, то есть их вообще не должно быть в воде. Вредные вещества и микрофлора могут присутствовать в воде, но в столь ничтожной концентрации, что их не определить самыми тонкими и точными методами анализа.