О.С.ГАБРИЕЛЯН, Т.Н.ПОПКОВА,
Г.А.СИВКОВА, С.А.СЛАДКОВ

Вода в нашей жизни

Учебно-методическое пособие к элективному курсу
для 9 класса основной школы или 10–11 классов
базового уровня средней школы

Окончание. См. в № 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 18, 19, 20, 21, 22, 23/2009

Конференция «Дефицит пресной воды».
Внеклассное мероприятие

Цели. Расширить знания учащихся по данной теме. Продолжить воспитание гражданской природоохранной позиции. Учить анализировать и делать выводы по результатам химического эксперимента. Развивать экспериментально-исследовательские навыки. Воспитывать умение вести диалог.

Оборудование и реактивы. Весы, стеклянные палочки, мерный цилиндр, химические стаканы; медный купорос, хлорид натрия, дистиллированная вода, пронумерованные образцы талой, речной, водопроводной и минеральной вод, концентрированная азотная кислота, растворы хлорида бария, нитрата серебра, гидроксида натрия, пероксида водорода и роданида калия.

Форма занятия. Групповая, индивидуальная работа.

Действующие лица урока-конференции: ведущий, эксперты, биолог, врач, химик-технолог, сотрудники химической лаборатории, представители «Экозащиты».

«Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое! Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты – сама жизнь... Ты самое большое богатство на свете…»

Антуан де Сент-Экзюпери

Учитель. Генеральная Ассамблея ООН в 1993 г. объявила 22 марта Всемирным днем воды (водных ресурсов). Цель этого праздника – привлечь внимание к проблемам нехватки питьевой воды, необходимости сохранения и рационального использования водных ресурсов. К проведению Всемирного дня воды привлекаются правительства разных стран, международные агентства, общественные организации, учреждения образования и культуры.

Нам с вами предстоит провести конференцию, и самые актуальные материалы будут опубликованы во Всемирный день водных ресурсов.

Вода умеет принимать разную форму: то она дождик, то снег, то спокойное озеро, то твердый лед. А много ли ее на Земле? Если яблоко разрезать на 4 части, то ? этого яблока будут водой. Две трети поверхности Земли занимают океанские просторы. Именно в недрах океанов на нашей планете зародилась жизнь. И сейчас ничто живое не может существовать без воды.

О том, как образовалась водная оболочка Земли – гидросфера, об удивительных особенностях воды, благодаря которым она становится то другом, то врагом человека, о перспективах освоения и использования водных богатств, о борьбе с водным голодом, угрожающим нашей планете, пойдет речь на нашей конференции. Кроме того, сотрудники химической лаборатории будут раскрывать нам тайны воды.

Ведущий. Человек использует в практической деятельности много различных водных растворов. Сейчас мы устроим своеобразную проверку на умение грамотно их готовить.

Задания для группы теоретиков

1. В медицине широко используется физиологический раствор – 0,9%-й раствор поваренной соли в воде. Вам предстоит выступить в роли фармацевта и приготовить 180 г 0,9%-го раствора хлорида натрия. Приведите соответствующие расчеты. Приготовьте раствор.

2. Для уничтожения кладок яблоневой листовертки необходимо приготовить 100 г 2%-го раствора сульфата меди(II) из медного купороса. Какие расчеты сделал бы агрохимик перед подготовкой раствора? Приготовьте раствор.

Ведущий. Вода может содержать различные химические примеси, распознать их предстоит группе экспериментаторов.

Задание для группы экспериментаторов

В пронумерованных пробирках образцы воды: талой, речной, водопроводной и минеральной. Вам предстоит выступить в роли экспертов и определить, в каких пробах содержатся сульфат- и хлорид-анионы, катионы Fe²⁺, Fe³⁺, NH₄⁺. Поясните сущность проведенных вами анализов.

Учитель. Вспомните, как вы рассматривали после дождя или купания капельки воды на ладони, на листьях растений, лепестках роз. Пусть эта капля будет символом нашей конференции.

Ведущий. Вода уникальна и ничем не заменима. На Земле нет ни одного даже самого примитивного существа и ни одного растения, которые не имели бы в своем составе воду и могли бы без нее обходиться. Наверное, всем известно, что вода составляет от 80 до 99 % массы растений и около 75 % массы животных. Что касается человека, то его организм очень строго реагирует на нарушения водного баланса: потеря 6–8 % влаги от массы вызывает тяжелое состояние, близкое к обмороку, а если потеря достигает 10–12 % – перестает биться сердце.

Пожалуй, нам не найти такой отрасли хозяйства, которая могла бы обойтись без воды или подыскать ее потенциальный заменитель. Благодаря своим свойствам вода универсальна. Она – непременный участник всех технологических процессов. Без нее невозможна работа промышленных производств, транспорта, строительства.

Вода порою является причиной кризисов на нефтяных биржах. Природные катаклизмы нередко приводят к срыву работ по добыче нефти со дна морей и океанов. В случае сильных штормов, приближения цунами, цены за баррель нефти резко взлетают.

В современных технологиях добычи нефти вода заменила взрывчатку. Ее закачивают в нефтяную скважину под давлением 700 атмосфер, и вода, словно динамит, раздвигает пласты, создает в них трещины, что приводит к дополнительному поступлению нефти.

Вода – наиболее надежный и дешевый теплоноситель: ею греют и охлаждают. Вода – источник энергии и перевозчик грузов, даже активный отдых без нее сложно представить. Вот почему мы с полным правом можем сказать: где нет воды, там нет и жизни.

Все во'ды содержат растворенные вещества. Наиболее представленными элементами в воде являются кальций, натрий, хлор, калий. Характерно, что набор химических элементов в природной воде близок к составу крови животных и человека. Ученые считают, что этот факт может служить косвенным подтверждением зарождения жизни в водной среде. Посмотрим на воду глазами биолога, чтобы обнаружить связи между жизнью и водой.

Биолог. Жизнь, как известно, зародилась в воде, и там она богаче, чем на земной поверхности. Судите сами: на суше «жизнь кипит» примерно до метра в глубину почвы и на 60 м в высоту, т.е. до верхушек самых высоких деревьев. Выше летают насекомые, споры и семена растений, микроорганизмы, но это уже не та «гуща». Да и на поверхности суши не все равномерно: в пустынях, при недостатке жидкой воды, приходится говорить уже не о «пленке», а о редкой «паутинке» жизни. Другое дело в водоемах. «Слой жизни» в океане в 60 раз толще.

Наши предки, выйдя из океана, прихватили с собой его «частичку»:

• тело взрослого человека на 77 % состоит из воды, а эмбрион на – 97 %;

• плазма крови на 90 % – вода, химический состав крови удивительным образом похож на состав морской воды;

• испарение воды с кожи – главный терморегулятор организма.

Все прародители живых существ зародились в океане, часть из них впоследствии вышла на сушу. Вода, не имеющая собственной формы, оказывает влияние на форму живых существ. Приспособленность организмов к обитанию в водной среде особенно ярко и зримо заметна на примере животных, живущих в воде, предки которых покинули воду для жизни на суше, а затем сами вернулись в воду. Речь идет о млекопитающих – тюленях, китах и дельфинах, чей облик так далек от облика наземных обитателей.

Эксперт. Интересно оценить запасы водных ресурсов. Расчеты показывают, что гидросфера Земли содержит около 1,4 млрд км³ воды, она занимает 70 % всей ее поверхности. Общее количество воды в гидросфере постоянно, по крайней мере, в течение последнего геологического периода. Утечка воды в космос из-за фотодиссоциации молекул водяного пара в экзосфере компенсируется приходом воды на Землю за счет метеоритного вещества космического происхождения, около 0,5 км³ в год. Подводными вулканами поставляется в два раза больше воды, за счет дегазации мантийного вещества.

По расчетам геологов, запасы химически связанной воды в мантии Земли на порядок превосходят массу гидросферы. Экологи считают: есть все основания относить воду к неистощимым и возобновляемым природным ресурсам.

Большое значение для жизни на Земле имеет баланс «пресной ветви» планетарного круговорота воды. Основные ее запасы (соленость менее одной промилле*) сосредоточены в снежно-ледовых образованиях и подземных водах – около 35 млн км³, или 2,5 % всего объема воды в гидросфере.

Жители горных районов получают пресную воду за счет таяния снега и льда, но в мировом масштабе их использование не имеет пока практического значения. Например, арабские шейхи готовы вкладывать деньги даже в транспортировку айсбергов из Антарктики в районы Аравийского полуострова. В настоящее время нефтедоллары тратятся на опреснение морской воды, а это дорогие технологии.

Важно отметить, что пресные подземные воды формируются за счет атмосферных осадков и залегают на глубине до 1500 м, ниже – соленые воды. В озерах и реках содержится до 90 тыс. км³ воды, но это лишь 0,007 % всей воды на Земле, или 0,26 % общего запаса пресных вод на планете. Озеро Байкал является мировым лидером по запасам пресной воды, около 23 тыс. км³, столько же содержится в Великих американских озерах. На долю этих водоемов приходится 40 % мировых запасов пресной воды.

Экологи предостерегают, что использование пресной воды озер должно быть ограничено, т.к. в них замедленный водообмен. Это может привести к неблагоприятным и необратимым процессам, так понижение уровня воды в озере Севан привело к нарушениям во многих экосистемах.

По данным Атласа мирового водного баланса (1974 г.), с поверхности суши ежегодно испаряется и вновь возвращается примерно 70 тыс. км³ воды, с акватории Мирового океана уносится около 500 тыс. км³. Большая часть испарившейся воды возвращается в виде осадков в океан, и лишь десятая часть выпадает над сушей, пополняя запасы рек и озер. Разность между осадками и испарениями определяет величину речного стока. Он включает в себя и ресурсы подземных вод, поддерживающих запасы пресноводных водоемов.

В среднем на одного жителя Земли приходится 8 тыс. м³ пресной воды. Однако экологов беспокоит тот факт, что в начале третьего тысячелетия около миллиарда жителей Земли испытывают недостаток в чистой питьевой воде. По прогнозам ученых, их число увеличится до 3 млрд к 2025–2030 гг.

Ведущий. Существует мнение, что войны будущего будут из-за воды. Так ли это?

Эксперт. Специальная комиссия Всемирного банка, изучавшая «водный вопрос» планеты, пришла к заключению: уже сегодня мы живем практически в пустыне, ибо 40 % жителей Земли испытывают хроническую жажду. В некоторых регионах планеты до 80 % заболеваний вызваны отвратительным качеством питьевой воды. В будущем, если верить расчетам, ситуация станет еще драматичнее – нехватка воды ударит по производству продуктов питания гораздо сильнее, чем недостаток сельскохозяйственных угодий.

Специалисты Всемирного банка подсчитали, что следует внести 600 миллиардов долларов, чтобы решить комплекс экологических и технических проблем водоснабжения населения планеты. Это может спасти человечество от надвигающейся жажды. Кстати, из Гренландии в Канаду давно налажена транспортировка айсбергов для получения питьевой воды.

Чистая пресная вода уходит от нас, каждый третий россиянин уже страдает от ее нехватки. Это с нашими-то речными просторами! Слова известной песни: «…течет река Волга из далека долго, конца и края нет» вызывают лишь ностальгию. К началу ХХI века оказалось, что река во многих местах обмелела, а ее притоки становятся все грязней и худосочней.

Из Тверской и Смоленской областей поставляется в Москву значительная часть питьевой воды, но и ее недостаточно в подмосковных водохранилищах.

Пока нет государственной водной программы, и экологи предостерегают, что дело может дойти до воплощения в жизнь фантазий из боевика Кевина Костнера «Водный мир». Там люди, чтобы не растратить ни капли драгоценной жидкости, с помощью особого аппарата очищали собственную мочу.

Россия на рубеже столетий внезапно столкнулась с проблемой нехватки питьевой воды. Вся беда в том, что распределение речного стока по территории страны крайне неравномерно и не соответствует расселению жителей. Наиболее обеспечены водными ресурсами малоосвоенные территории Европейского Севера, Сибири и Дальнего Востока, где формируется более 80 % общих водных ресурсов нашей страны. В то же время хозяйственно освоенные регионы Российской Федерации испытывают недостаток пресных водных запасов. Не случайно на многих предприятиях соблюдается жесткий режим в экономии воды. На заседании Правительства Российской Федерации в январе 2008 г. отмечалось, что нехватка качественной питьевой воды требует принятия комплекса природоохранных мер и разработки особой государственной программы.

Неравномерность распределения пресных вод – одна из главных причин напряженной ситуации с водоснабжением во всем мире. По данным ООН, в настоящее время трудности с обеспечением питьевой водой испытывают около 2 млрд человек – почти 30 % населения земного шара. Вода становится предметом экспорта, на привозной воде живут целые государства, например Алжир. В 2008 приводились сведения, показанные на рисунке (рис. см. на с. 9).

В заключение хотелось бы привести интересный факт. В средствах массовой информации в декабре 2007 г. появились сведения, что американский миллиардер Хилтон, владелец всемирно известной сети отелей, передал более 90 % своего состояния в фонд, который осуществляет работу по снабжению Африки питьевой водой.

Врач. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), инфекционная заболеваемость населения, связанная с водоснабжением, достигает 500 млн случаев в год. Это дало основание назвать проблему снабжения доброкачественной водой в достаточном количестве проблемой номер один.

В ряде российских регионов сложилась достаточно серьезная экологическая ситуация. Так, медики отмечают ухудшение микробиологических показателей водопроводной воды, подаваемой в наши квартиры. Обеспечение населения водой осуществляется из поверхностных источников, но очистные сооружения в ряде городов работают недостаточно эффективно.

По данным санитарно-эпидемиологической службы многих городов России, основные проблемы со здоровьем возникают из-за употребления некачественной питьевой воды. Каждый год регистрируются случаи заболевания гепатитом, дизентерией и другими острыми кишечными болезнями, причиной которых служит употребление обыкновенной питьевой воды или купание в загрязненных озерах.

Во многих регионах вода нуждается не только в очистке, но и в обогащении, поскольку в ней недостаточно фтора и йода, что приводит к кариесу, заболеваниям (щитовидной железы и других органов), связанным с недостатком микро- и макроэлементов в питьевой воде. Дефицит йода нередко является причиной развития врожденных аномалий, снижения умственных способностей детей и взрослых.

В водопроводной воде, которая поступает в наши дома, недостаточно и селена, он является антагонистом тяжелых металлов, например ртути. Дефицит селена является фактором риска в возникновении сердечно-сосудистых заболеваний, злокачественных заболеваний легких.

В последнее время появился даже термин «экологически зависимые заболевания». Установлена прямая связь между превышением предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ в воде, воздухе, почве и ростом пороков развития. С превышением цветности водопроводной воды происходит рост числа заболеваний хроническим отитом, фарингитом. Повышенное содержание алюминия в воде приводит к патологиям в нервной системе, остаточный хлор провоцирует развитие новообразований в полости рта.

Химик-технолог. Изучая элективный курс, вы познакомились с современными методами очистки вод. Интересно, что первые сведения по водоочистке содержались в книге «Усрута Сангита», найденной в Индии и написанной около 4 тыс. лет назад. В ней говорится: «Хорошо держать воду в медных сосудах, выставлять ее на солнечный свет и фильтровать через древесный уголь».

Греческий врач и естествоиспытатель Гиппократ рекомендовал во избежание заболеваний употреблять кипяченую воду.

Первая водоочистная станция с так называемыми медленными фильтрами была построена в 1829 г. в Лондоне, а в 1888 г. и в Петербурге. Обеззараживание воды начали проводить в 1910 г. в Нижнем Новгороде.

В настоящее время для уничтожения патогенных бактерий в воде используют жидкий хлор, хлорную известь или озон. В подземных водоносных горизонтах часто применяется ультрафиолетовое облучение, оно обладает бактерицидным действием.

Если вода в источнике водоснабжения имеет бо'льшую жесткость, чем допускается по нормам, то ее до подачи в водопроводную сеть умягчают известными вам методами. Дополнительная обработка проводится, если вода содержит более 0,3 мг/л железа. При подаче кислорода ионы двухвалентного железа превращаются в ионы железа трехвалентного.

Для удаления растворенных солей воду опресняют или обессоливают на ионитах. Очистка от сероводорода, метана, радона, углекислого газа и других растворенных газов производится, как правило, продувкой воздухом (аэрацией). Избыток фтора, если его более 1,5 мг/л, удаляют фильтрованием воды через активированный оксид алюминия.

К сожалению, в технологии водоочистки приходится применять хлор, но при этом могут образовываться небезопасные хлорорганические соединения. Например, в 1989 г. в водопровод г. Уфы попал фенол, при дезинфекции он превратился в трихлорфенол, более токсичное соединение. Подобные вещества способны вызвать у человека развитие злокачественных опухолей, мутацию хромосом, наследственные изменения вплоть до врожденных уродств. Дезинфекция хлором, спасая от микробной опасности, подвергает человека другой напасти. По этой причине следует отстаивать хлорированную воду несколько часов в открытом сосуде и пить после кипячения.

Во многих регионах России необходимо создавать новые технологии получения питьевой воды, реконструировать имеющиеся водопроводные хозяйства, внедрять современное оборудование для очистки воды. На решение гидроэкологических проблем необходимы огромные финансовые вложения, но они выделяются пока в малых объемах.

Ведущий. Как же сделать воду, которую мы пьем, более чистой?

Химик-технолог. Самые простые способы домашней доочистки воды – отстаивание, кипячение и вымораживание. Воду из крана следует налить в чистые стеклянные банки и оставить при комнатной температуре на 5–6 часов. За это время удаляется остаточный хлор, которым обеззараживали воду, а твердые частицы останутся на дне емкости. При использовании такой воды ее аккуратно переливают, оставляя на дне четвертую часть жидкости с частицами осадка.

При прохождении через трубы вода обогащается ионами двухвалентного железа, и перед отстаиванием следует несколько раз перемешать воду. Кислород, поступающий при этом в воду, окисляет железо, и при отстаивании на дне банки легко заметить рыжеватый осадок.

Ведущий. Но, может быть, проще прокипятить воду?

Эксперт. Употребляя только кипяченую воду, мы наполняем свой организм фактически мертвой водой. При кипячении уменьшается содержание кислорода в воде, выпадают в осадок соли кальция, магния и других микроэлементов, которые необходимы человеку, особенно в юном возрасте.

Вода, обогащенная кислородом, полезна взрослым, поскольку дает прекрасный омолаживающий эффект. «Многие хронические боли обусловлены недостатком кислорода в клеточной основе», – писал известный врач М.Д.Кайтон в своем учебнике по медицине. «При недостатке кислорода клетки не растут и умирают», – это отметил немецкий биохимик О.Г.Варбург, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине. В своих исследованиях он экспериментально доказал, что кислород – источник жизни всех клеток. Не случайно аквариумные рыбки обмахивают икру плавниками, и тем самым усиливают приток свежей воды. Это повышает поступление кислорода, столь необходимого будущему потомству.

Один литр питьевой воды содержит только 4–8 мг кислорода. Вода, обогащенная кислородом, попадает через желудок в тонкий, а затем в толстый кишечник. Здесь кислород отделяется от воды и проникает в систему кровообращения. При его недостатке в крови врачи рекомендуют пациентам пить воду, обогащенную кислородом, несколько раз в день. В санаторных меню кислородные коктейли не редкость.

Наши клетки постоянно находятся под влиянием плохого воздуха и некачественных продуктов, порою нагружаются излишками пестицидов, тяжелых металлов и других балластных веществ. Все это ослабляет иммунную систему, ускоряются процессы старения, появляется усталость, снижается работоспособность. Если вы хотите, утоляя жажду, сохранять и поправлять свое здоровье и заботиться о собственном внешнем виде, то пейте чистую воду, обогащенную кислородом и минеральными веществами.

Ведущий. Озеро Байкал составляет 20 % мировых запасов пресной воды. А как чувствует себя наша «жемчужина»?

Сотрудник «Экозащиты». Экологи бьют тревогу по поводу загрязнения удивительного пресного водоема нашей страны. Первый и главный загрязнитель Байкала – это целлюлозно-бумажный комбинат (ЦБК), который был построен для того, чтобы производить целлюлозу для покрышек колес самолетов. Но очень скоро она была заменена полимерами, и ЦКБ в целом стал нерентабельным предприятием, но на нем работает большинство жителей города Байкальск.

Экологи уже не одно десятилетие твердят, что строительство ЦБК было чудовищной ошибкой, ведь в Байкал спускается 120 тыс. м³ стоков в год, причем концентрация в них некоторых веществ превышает ПДК в 1000 раз. С другой стороны, сточные бытовые воды города Байкальск тоже очищаются на ЦБК. При закрытии комбината около 12 тыс. м³ бытовых стоков будут сбрасываться прямо в Байкал.

На строительство замкнутого цикла очистки воды требуется 0,5 млрд. рублей. Химические отходы комбината – это, в основном, хлорсодержащие вещества, за счет которых ведется отбеливание целлюлозы. Байкал самоочищается благодаря уникальной микрофлоре озера. В 2007 г. вопрос о закрытии ЦКБ решался в судебных инстанциях.

Валентин Распутин – один из борцов за чистоту Байкала – пояснял, что озеро не случайно является мировым наследием, в нем 2,5 тыс. видов растений и животных, и треть из них – эндемики. Так, например, знаменитая байкальская нерпа – млекопитающее из семейства тюленей, которая живет только в пресной воде Байкала.

Ведущий. А что происходит с Балтийским морем?

Сотрудник «Экозащиты». Балтийское море обладает исключительно высокой чувствительностью к загрязнению. Оно имеет относительно небольшой объем, и слабый водообмен через проливы, низкие температуры воды не способствуют активному росту планктона.

Промышленные предприятия, расположенные на побережье, обусловливают высокую степень загрязненности моря. Через него ежегодно проходит около 70 тыс. морских судов – 20 % торгового флота мира. Существенное значение имеет водообмен Балтийского моря.

Большинство исследователей склоняется к мнению, что воды Балтийского моря полностью обновляются лишь за 18–30 лет. В 1973 г. Балтику считали самым загрязненным из всех европейских морей и соответственно чрезвычайным районом Мирового океана; состояние вод оценивалось как катастрофическое. В Швеции, например, в это время считали, что балтийскую рыбу можно есть не чаще одного раза в неделю, а детям и беременным женщинам ее не рекомендовали потреблять из-за загрязнения пестицидами и тяжелыми металлами.

В 1974 г. была принята Хельсинская конвенция по защите вод Балтийского моря от загрязнений, в частности запрещающая сброс неочищенных стоков. Благодаря международным усилиям, через двадцать лет экологическая обстановка нормализовалась, балтийскую селедку можно потреблять без опасений за свое здоровье. Однако экологи отмечают, что к 2000 г. на Балтике возросла доля загрязнений хлорорганикой, нефтепродуктами и тяжелыми металлами.

Ведущий. Загрязнение воды мегаполисами увеличивается. например, некоторые экземпляры плотвы, выловленные в районе Воскресенска (Московская область), подвержены невообразимым генетическим изменениям. У рыбы глаза вылезают из орбит и даже вываливаются.

Биолог. Мутации возникают за счет токсичных веществ, употреблять в пищу рыбу с аномалиями не рекомендуется.

Сотрудник «экозащиты». Московская мэрия и Министерство природных ресурсов РФ регулярно заводят разговор о проблеме питьевой воды. Из года в год Росприроднадзор проводит комплексные обследования московских рек и озер и честно присуждает Москве-реке (ниже впадения Пехорки) титул очень грязного водоема шестого класса качества с индексом загрязненности вод (ИЗВ) от 6,0 до 10,0 (говоря понятным языком – грязнее только в канализации). Правда, чуть дальше от Москвы, в устье Коломны, вода уже гораздо чище – пятый класс качества с ИЗВ от 4,1 до 5,9. Там-то рыб-мутантов как раз и ловят.

Ведущий. Каковы основные источники загрязнения водных бассейнов?

Сотрудник «экозащиты». Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в водоемах в связи с попаданием в них жидких, твердых и газообразных веществ. Вода таких водоемов опасна для использования. Народному хозяйству, здоровью и безопасности населения наносится ущерб.

Загрязнение водных ресурсов можно разделить на следующие типы:

• механическое – повышение содержания механических примесей, свойственных в основном поверхностным видам загрязнений;

• химическое – наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия;

• бактериальное и биологическое – наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;

• радиоактивное – присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;

• тепловое – выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных электростанций.

Можно выделить следующие источники загрязнения воды (схема).

Cхема

Источники загрязнения воды

Наиболее известным источником загрязнения воды являются бытовые (или коммунальные) сточные воды. Водопотребление включает воду питьевую, для приготовления пищи и личной гигиены, для работы бытовых сантехнических устройств, а также для полива, тушения пожаров, мытья улиц и городских нужд. Почти вся использованная вода поступает в канализацию. В растворенном виде в сточных водах присутствует мыло, синтетические моющие средства, дезинфицирующие средства, отбеливающие и другие вещества бытовой химии.

Главным потребителем воды и самым крупным источником загрязненных стоков является промышленность. Сточные воды промышленного производства по объему в три раза превышают коммунально-бытовые стоки. Вода служит сырьем, обогревателем и охладителем в технологических процессах, кроме того, транспортирует, сортирует и промывает разные материалы.

Вода выводит отходы на всех стадиях производства, их особенно много в четырех основных отраслях промышленности: целлюлозно-бумажной, нефтеперерабатывающей, органического синтеза и черной металлургии (доменное и сталелитейное производства). На производство 1 т стали требуется около 20 м³ (20 т) воды, 1 т бумаги – 200 м³, 1 т химволокна – более 4000 м³.

К тепловым загрязнителям относится производство электроэнергии, где вода используется главным образом для охлаждения и конденсации пара, вырабатываемого турбинами тепловых электростанций (ТЭС). При этом вода нагревается в среднем на 7 °С и сбрасывается в реки и озера. Это и называют «тепловым загрязнением», оно нарушает привычную жизнь растений, обитателей водоемов. Например, блок ТЭС мощностью 1 млн кВт потребляет 1 км³ воды в год, причем треть ее теряется безвозвратно. Атомная станция той же мощности «выпивает» не менее 1,6 м³ .

Немало потребляется воды для орошения полей. Стекающая с них вода насыщена растворами солей, а также остатками удобрений, средств химзащиты от вредителей, сорняков и др. Кроме химических соединений в реки попадает большой объем фекалий и других органических остатков с ферм, где выращивают крупный рогатый скот, свиней и домашнюю птицу.

Таким образом, вопрос охраны водных ресурсов должен решаться на государственном уровне. Кроме того, эта проблема должна быть прочувствована каждым гражданином. От того, какую воду мы пьем, зависит будущее человечества.

Эксперт. Человек издавна использовал для питья самую чистую и прозрачную воду – в основном из колодцев и родников. Это подчеркивает и старинная русская поговорка: «всяк несет уста, где вода чиста». Выходя на поверхность земли, родниковая вода проходит через песок, который является естественным фильтром. Пористые породы не только фильтруют воду, но и насыщают ее микроэлементами, кислородом, который, в свою очередь, очищает ее, окисляя загрязнители. Солнечные лучи обрабатывают родниковую воду ультрафиолетом, убивая вредные микроорганизмы. Поэтому такая вода – «живая», она наполняет человека, который ее пьет, силой, дарит ему здоровье.

Высоким качеством характеризуются многие виды бутилированной питьевой и минеральной воды: «Боржоми», «Нарзан», «Славянская», «Красноусольская» и др. К сожалению, часть вод, продаваемых под маркой минеральных, создаются искусственно – путем растворения солей в обычной воде.

В состав минеральной воды входят такие природные компоненты, как натрий, калий, кальций, гидрокарбонаты, сульфаты, магний. Все эти вещества придают ей универсальные лечебные качества. Кальций укрепляет кости, магний улучшает работу сердца и повышает устойчивость к стрессам, другие компоненты минеральной воды нормализуют кислотность и улучшают пищеварение.

Минеральная вода помогает в борьбе с повышенным давлением, поскольку природные соли вытесняют из рациона поваренную соль – одну из вероятных причин повышенного давления. Она используется для профилактики и лечения болезней пищеварительной системы и обмена веществ.

Ведущий. Как определить доброкачественность питьевой воды?

Химик-технолог. Определенную информацию о качестве водопроводной воды дадут несложные опыты. В чистые стеклянные банки следует налить по 250–300 г воды, растворить в каждой по чайной ложке сахарного песка. Затем емкости закрыть и поставить на 48 ч в теплое место.

Такие опыты предварительно проделала группа учеников, взяв пробы воды в разных микрорайонах города. (При демонстрации банок с водой видно, что во многих емкостях присутствуют хлопья или же вода стала мутной.) Такая вода малопригодна для питья, ее следует доочищать, используя бытовые фильтры.

В домашних или походных условиях легко избавить воду от нежелательных микроорганизмов: в нее добавляют несколько капель раствора лимонной кислоты. Раствор рекомендуется готовить в следующем соотношении: 1 чайная ложка кристаллической лимонной кислоты на стакан кипяченой воды. Одной чайной ложки полученного раствора вполне хватит на то, чтобы «дезинфицировать» 2,5 л воды.

Действие этого раствора скажется уже через несколько минут – животные и растительные микроорганизмы погибнут, осядут на дно, а вода станет гораздо чище. Лимонный раствор полезно приготовить перед походом на природу – он безопасен для организма человека, из-за малой концентрации кисловатый вкус не ощущается.

Мы провели еще один тест, чтобы узнать, является ли чистой водопроводная вода. Ее налили в небольшие емкости и поместили в морозильник. Легко заметить, что лед получился прозрачный, искристый, ровный. Это означает, что проба воды была чистой.

А теперь рассмотрим образец замороженной воды, которую мы отобрали из грязного водоема. Лед бугристый, мутный, с желтоватым оттенком. Данная вода непригодна для питья.

На этом занятии ученики готовят отчеты по очистке воды методом вымораживания, а также докладывают о результатах трехнедельного эксперимента по выращиванию лука, который они поливали биологически активной водой.

Домашний эксперимент «Очистка воды вымораживанием»

В домашних условиях чистую структурированную воду, полезную для здоровья, можно получить методом вымораживания. Лед имеет кристаллическую структуру, построенную из молекул воды. Инородным примесям, в том числе растворенным в воде солям, газам и красителям, при замерзании не остается места в кристаллической решетке. «Лишние» соединения стекают вниз вместе с незамерзшими остатками воды.

Жидкий остаток – «бульон» из примесей, солей и раствора грязи, мешает воде выполнять работу по сохранению здоровья человека. Речь идет не только о подпорченных кровеносных сосудах и суставах, происходит занесение в ткани и клетки чужеродных соединений. Доказано, что некачественная вода особенно влияет на функции мозга, на три четверти состоящего из воды.

Опыт показал, что воду лучше замораживать при температуре –1 ѕ –6 °С, незамерзший остаток сливать – в нем будут все вредные примеси. Даже при полном замерзании не стоит отчаиваться – поставьте емкость со льдом под струю холодной воды так, чтобы струя попадала точно по центру. После того как приблизительно половина воды оттает, ее нужно слить, оставшийся лед – это будущая чистая и структурированная вода.

Если в емкости промерзла вся вода, можно применить другой вариант: в центре выдолбить углубление, через некоторое время там появится талая вода с примесями, ее сливают. Загрязненная вода замерзает медленнее и при более низкой температуре. Это свойство используют при посыпании улиц солями в зимний период.

Вымораживание можно проводить в морозильной камере, установив регулятор на 4–6 градусов. В качестве емкости подойдут кастрюли, пластиковые стаканы, бутылки со срезанным горлышком. Воду обязательно закройте крышкой или полиэтиленовым пакетом.

Выполнение эксперимента

1. Приготовьте четыре одинаковые емкости для воды, объемом 200–300 мл. Например, можно отрезать половину пластиковой бутылки, нижнюю часть использовать под воду, а верхнюю с закрученной крышкой чуть укоротить и закрыть ею воду.

2. Емкости пронумеруйте, используя мерную емкость, налейте одинаковое количество:

• в первую – прокипяченной воды;

• во вторую – любой минеральной лечебной воды, например «Боржоми»;

• в третью – ржавой или бытовой грязной воды, например после мытья посуды;

• в четвертую – окрашенной раствором «зеленки» или перманганата калия воды.

3. Поставьте на вымораживание (6–7 часов) в морозильную камеру или на балкон.

4. На следующий день изучите замерзшие образцы воды и запишите наблюдения в таблицу.

Таблица

5. Растопите лед, изучите осадок, если он образовался.

6. По наблюдениям сделайте выводы об эффективности очистки воды методом вымораживания.

Ведущий. Какие заболевания возникают из-за некачественной воды?

Врач. Естественные воды заселены разнообразными живыми организмами, нередко опасными для здоровья человека, и около 80 % всех болезней в мире связаны с неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушениями санитарно-гигиенических норм водоснабжения. Эти заболевания подразделяются на четыре типа:

1) заболевания, вызываемые вирусами, бактериями и простейшими при приеме загрязненной воды внутрь;

2) заболевания кожи и слизистой, возникающие при использовании загрязненной воды для умывания;

3) заболевания, вызываемые моллюсками и гельминтами, живущими в воде;

4) заболевания, вызываемые живущими и размножающимися в воде насекомыми – переносчиками инфекции.

В целом от болезней, связанных с водой, страдают около 2 млрд человек. Это примерно соответствует той части населения земного шара, которая все еще испытывает недостаток в чистой питьевой воде, – 2,5 млрд человек.

Ведущий. Что можно сказать о кремниевой воде?

Химик-технолог. Кремниевая вода активизирует иммунную систему человека, регулирует минеральный обмен, снижает уровень сахара и холестерина в крови, препятствует развитию некоторых заболеваний. Активированная кремнием вода убивает вирус гриппа, лечит ангину и насморк, помогает при заболеваниях пищеварительной системы.

Как приготовить лечебный напиток? Для этого нужно взять 20 г кремня** на 1 л воды, накрыть банку марлей и поставить в теплое место, без контакта с прямыми солнечными лучами. Уже через три дня вода приобретает лечебные качества. Спустя неделю кремень адсорбирует из воды нитраты, соли тяжелых металлов. Употреблять воду следует по 1/4 стакана после еды 3–4 раза в день. Кремень несложно приобрести в аптечной сети.

Ведущий. Вода – сама жизнь. Начиная со школьной скамьи, мы можем принять посильное участие в сохранении чистоты наших водоемов. Постарайтесь продумать способы более экономного использования воды в домашних условиях.

В заключение можно прослушать музыкальные произведения, связанные с «водной» тематикой, например песню в исполнении О.Газманова «Балтийский берег».

Л и т е р а т у р а

Яковлева Н.М. Вода – сама жизнь. Дефицит пресной воды. Вода твоей Земли. Химия (ИД «Первое сентября»), 2007, № 1; Алферова А.А., Нечаев А.П. Замкнутые системы водного хозяйства промышленных предприятий, комплексов и районов. М.: Стройиздат, 1987; Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Л.: Химия. Ленингр. отд-ние, 1987; Демина Т.А. Экология, природопользование, охрана окружающей среды. М.: Аспект Пресс, 1996; Жуков А.И., Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод. М.: Химия, 1996; http://www.ecofilter.ru; http://www.ecolife.ru.

---

* Промилле – тысячная часть числа, обозначается .

** Кремень – минеральное образование, состоящее из кристаллического и аморфного кремнезема (SiO₂). Кремень использовался человеком с глубокой древности.