Природничі науки. 2 частина. 11 клас. Гільберг

Сучасні системи очищення води. Опріснення морської води

У наш час чи не найактуальнішою проблемою є забруднення питної води. За даними Всесвітньої Організації Охорони здоров’я вода містить 13 тис. потенційно токсичних компонентів, 80 % захворювань передається через воду. Від них на планеті щорічно вмирають 25 млн осіб.

Основні джерела забруднення водних ресурсів мають антропогенне походження. Поверхневі води України найбільшою мірою забруднені нафтопродуктами, фенолами, легко окиснювальними органічними речовинами, сполуками металічних елементів, катіонами амонію та нітрат-аніонами, а також специфічними забруднювальними речовинами, до яких належать лігнін, ксантогенати, формальдегід та інші, принесені у водойми стічними водами підприємств сільського та комунального господарства. Саме через це здоров’ю людини та довкіллю загрожує небезпека.

Одним зі способів розв’язання цієї проблеми є видобуток підземних вод (мал. 7.29), однак він є досить затратним. Адже свердловину необхідно робити якомога глибше (поясніть чому). Попри певні складнощі використання глибоких свердловин для постачання питної води нині доволі поширене. Однак і така вода може містити домішки розчинених у ній солей — хлоридів, сульфатів, ортофосфатів, сполук Феруму тощо.

Мал. 7.29: а — артезіанська свердловина — бурова свердловина для експлуатації артезіанських вод. У ній вода піднімається від водоносного горизонту під природним тиском. Назва походить від Артуа (лат. Artesium) — історичної області у Франції, де вперше спостерігали цей феномен; б — схема артезіанського басейну: водоносний шар (1), водонепроникний шар (2), ділянка надходження води (3), артезіанська свердловина (4), рівень гідростатичної рівноваги (5), субартезіанська свердловина (6), артезіанське джерело (7)

Тож для вилучення небажаних домішок воду потрібно очищати. Для цього використовують насосні установки, фільтри механічної очистки, для видалення катіонів Феруму, усунення твердості води, видалення органічних і неорганічних домішок, а також фільтри для комплексного очищення води (мал. 7.30). Використання водоочисних систем сприяє поліпшенню якості питної води, а отже — якості життя людини.

Мал. 7.30. Очищення води в побутовому фільтрі. 1. Необроблена вода. 2. Попередня очистка. 3. Пісковий фільтр (10 мкм). 4. Мікрофільтр (0,1 мкм). 5. Ультрафільтрація (0,01 мкм). 6. Ворс. 7. Колоїди, бактерії, еритроцити. 8. Віруси, макромолекули органічних сполук. 9. Розчинені солі. 10. Чиста вода

А ви використовуєте очисник води? Поясніть, чому.

Кожна система фільтрації починається з попереднього очищення води, часто вона полягає у видаленні з води механічних домішок — піску, мулу, бруду. Для цього використовують фільтри різних типів, найпоширенішими є фільтри грубої очистки (грязевики), самопромивні фільтри й фільтри зі змінним очисним елементом.

Мільйони людей потерпають від хвороб, спричинених уживанням неякісної питної води. Адже чиста питна вода сьогодні — рідкість. На це є різні причини: незадовільний стан водних джерел, поганий стан водопровідних мереж, недосконалі технології очищення. Саме тому дуже важливо знати побутові способи очищення питної води, яка має забезпечувати не тільки фізіологічні потреби людини, а й сприяти її здоров’ю.

Природна вода з гірських джерел ідеальна для вживання. Під час підйому з надр землі крізь пласти гірських порід, вона проходить природне очищення й збагачується мінералами, а вийшовши на поверхню, насичується енергією сонця й киснем.

Сучасні технології дають змогу опріснювати морську воду, зокрема із застосуванням установок зворотного осмосу. Ефективність очищення солоної води можна оцінити за органолептичними та хімічними показниками (мал. 7.31).

22 березня за ініціативи Генасамблеї ООН світ відзначає Всесвітній День води, присвячений захисту й збереженню водних ресурсів. Сьогодні лише один відсоток води на планеті доступний для використання людиною.

Еталонною з погляду природної чистоти й корисності для здоров’я людини вважають природну воду з гірських джерел. Вона не потребує очищення і містить максимум корисних мікроелементів. За словами професора Інституту екології людини Михайла Курика, в Україні чисту джерельну воду можна знайти тільки в Карпатах: «Природна вода з гірських джерел ідеальна для вживання. Під час підйому з надр землі крізь пласти гірських порід вона проходить природне очищення й збагачується мінералами, а вийшовши на поверхню насичується енергією сонця й киснем. Тому пити її можна в одвічному вигляді, без кип’ятіння».

Мал. 7.31: а — зворотний осмос — ефективний спосіб знесолювання води; б — лабораторні дослідження якості питної води

Окрім опріснення і транспортування полярних льодовиків, учені-дослідники шукають інші способи забезпечення прісною водою (мал. 7.32). Компанія «Architecture and Vision» змогла придумати вирішення цієї проблеми. Зі стебел бамбука та біопластику вони створили вежу й назвали її «Warka Water». Технологія дуже проста: вежа утримує вологу з навколишнього повітря, конденсує її та збирає в спеціальну ємність. Для її роботи не потрібна електрика.

Отримати прісну воду із солоної морської можна й за допомогою так званого водяного конуса (Watercone). Водяний конус виготовлено із пластику, стійкого до дії ультрафіолетових променів. Конус поміщається на лоток із солоною водою (або на вологу землю) і залишається на сонці. Вода починає випаровуватися, конденсуватися та стікати по стінках конуса в резервуари на його основі. Наприкінці дня ви просто перевертаєте, знімаєте ковпачок з верхівки та п’єте воду.

Якість води визначають за вмістом у ній хімічних уключень, які виявляють наші органи чуття: нюх, зір. Так, йони Купруму надають воді деяку каламутність, Феруму(ІІІ) — червоність. Головні показники якості питної води наведено на схемі (мал. 7.33).

Мал. 7.32. Способи отримання прісної води

Мал. 7.33. Показники якості питної води

До найпоширеніших забруднювачів води належать сполуки Феруму, Мангану, сульфіди, флуориди, органічні сполуки, солі Кальцію й Магнію тощо.

За прогнозами, у 2025 р. 1,8 млрд осіб проживатиме в районах крайнього дефіциту води. Тож опріснення морської води є одним з перспективних способів розв’язування цієї проблеми. Та перш, ніж опріснення зможе внести реальні зміни у подолання прісноводної кризи, яка невпинно насувається, потрібно подолати перешкоди, які роблять цей процес дорогим та неефективним. До того ж внаслідок опріснення води накопичуються солі, які складують на березі, після чого скидають назад у море разом із соляними розсолами. У результаті істотно збільшується концентрація солі в прибережній морській зоні, що негативно впливає на розвиток організмів. Солі потрапляють у ґрунт та в підземні ґрунтові води, унаслідок чого погіршується стан довкілля.

Стрімкий розвиток техногенної цивілізації зумовив істотне зменшення запасів питної води. Це призвело до того, що урбанізовані людиною райони планети порушують природний процес циркуляції прісної води в екосистемі!

Способи очистки води (їх ранжовано від найпопулярніших і найдоступніших до менш відомих і поширених) наведено на малюнку 7.34.

Мал. 7.34. Способи очистки води. 1. Кип’ятіння. 2. Механічна очистка. 3. Вугільні фільтри. 4. Зворотний осмос. 5. Йонний обмін. 6. Ультрафільтрація. 7. Озонування. 8. Ультрафіолетове опромінення. 9. Нанофільтрація. 10. Мідноцинкові фільтри. 11. Біологічна очистка. 12. Дистиляція. 13. Керамічні фільтри. 14. Виморожування. 15. Мінеральні судини