Лекція №5-6. Гідросфера

1. Будова гідросфери.

2. Водні ресурси України.

3. Використання вод в промисловості, побутовому та сільському господарствах.

4. Системи водопостачання.

5. Водоочистка.



Вода є найбільш розповсюдженою речовиною на Землі. Всі живі організми на 60-99% складаються з води. Загальні запаси води на Землі складають 1,4·10⁹ км³. З них 97,3% – морська вода; 2,7% – прісна. З прісних вод 72% складають льодовики; 22,4% – підземні і грунтові води; 0,35 – ставки і болота; 0,05 – річки.

Природньа вода на сьогоднішній день не має загальної класифікації.

Вода класифікується:

1. за мінералізацією (кількість розчинених солей):

   • прісні води – до 1 г/л;

   • солоноваті води – 1-10 г/л;

   • солоні води – 10-50 г/л;

   • розсоли (ропани) – більше 50 г/л.

В середньому мінералізація світового океану складає бл. 35 г/л. Найсолонішою є вода Мертвого моря – 206 г/л.

Найбільш розповсюджені елементи у воді: , , , , , гідрокарбонати, , , .

Прісні води поділяються на:

• слабомінералізовані – до 200 мг/л;

• середньомінералізовані – 200-500 мг/л;

• підвищеної мінералізації – 500-1000 мг/л;

Для характеристики природньої води використовується твердість, яка визначається присутністю іонів кальцію та магнію, гідрокарбонатів, сульфатів, хлоридів і т.д. Твердість виражається в мг-екв/л. Твердість може бути:

• карбонатна (присутність , );

• некарбонатна (присутність , , , ).



Поняття водних ресурсів включає в себе всі води планети, які знаходяться в хімічно незв’язаному вигляді.

Основним джерелом водопостачання є річковий стік. Найбільший річковий стік має Бразилія (9,9·10¹² м³). Україна має річковий стік прибл. 73,5·10⁹ м³.

На Україні річковий стік розподіляється нерівномірно: 70% припадає на західні райони, де мешкає лише 40% населення; 30% припадає на дніпровські, донецькі та південні райони.

В принципі Україна забезпечена запасами прісної води, але деякі райони відчувають дефіцит (Крим). Для вирішення цієї проблеми будують канали і водосховища. На Україні діють 748 водосховищ і 4 канали.

Основним джерелом водопостачання є Дніпро. Малих річок налічується бл. 63 000. Стан малих річок в даний час набагато гірший, ніж великих. Це зумовлено їх маловодністю і відсутністю контролю. Стан підземних вод набагато кращий, ніж стан поверхневих.

Питна вода повинна містити заліза не більш, ніж 0,3 мг/л, і мати твердість не більш, ніж 7 мг-екв/л. Водопроводна вода мінералізована на 4-5 мг/л.

За діючим законодавством України воду свердловин дозволяється використовувати лише для пиття.



Всі галузі господарства по відношенню до водних ресурсів поділяються на дві групи:

• споживачі – забирають воду з джерел, використовують її, а потім повертають, але в іншому місті, іншій якості та іншій кількості;

• користувачі – воду з джерел не забирають, а використовують її як середовище, при цьому якість води може змінюватися;

Промисловість використовує до 20% споживчої прісної води. Кількість води, споживаної підприємствами, залежить від:

• типу продукції;

• технології виробничого процесу;

• системи водопостачання;

• кліматичних умов.

В промисловості 65-80% води використовується в системах охолодження.

Технологічні води:

• середовищеутворювальні – використовуються для розчинення і утворення пульпи, при збагаченні руд, гідротранспортуванні і т.п.;

• промивна – використовується для промивки газоподібних (екстракція) і твердих речовин;

• реакційна – виходить до складу реагентів і продуктів.

Енергетична вода використовується для отримання пари, нагрівання приміщень і т.п. Для оцінки обсягів промислового водоспоживання існує термін “водоємність виробництва” – це кількість води в м³, яка витрачається на створення 1 т продукції. Для прикладу:

• виробництво руд – 2-4 м³/т;

• виробництво х/б волокна – 2-5·10³ м³/т.

Безповоротнє водоспоживання – виражається у відсотках і є кількістю води, яка не повертається в джерело. В промисловості безповоротнє водоспоживання вкладає 5-10%, а в теплоенергетиці – 0,2%.

Сільське господарство є основним споживачем прісної води – воно використовує до 70% всієї води для господарства. Питоме водоспоживання (кількість води, що витрачається на полив 1 га) в сільському господарстві залежить від наступних факторів:

1. сільськогосподарська культура;

2. географічні умови району;

3. стан зрошувальних систем;

4. способи поливу.

Для прикладу: питоме водоспоживання для цукрового буряку – 2500 м³/га, для рису – 8000-15000 м³/га.

Безповоротнє водоспоживання в сільському господарстві складає 20-60%.

Комунальне водопостачання (водопостачання населення) – задовольняє потреби населення, поливання вулиць, зелених насаджень і т.п. Питоме водоспоживання в цьому випадку – це добовий об’єм води, необхідний для потреб одного мешканця міста або села:

• для міста – 200-600 л/доб;

• для села – 30-50 л/доб.

В Москві питоме водоспоживання складає 600 л/доб, в Києві – 515 л/доб, в Івано-Франківську – 230 л/доб.

Водоспоживання постійно зростає. З 1950 року по сей день водоспоживання зросло в 7 разів. Причини: збільшення населення і підвищення благоустрою.



Системи водопостачання:

• прямоточна – найбільш проста: ДЖЕРЕЛО  ВИРОБНИЦТВО  ОЧИСТКА  СКИД. Використовується при незначному забрудненні і достатності водних ресурсів. На сьогоднішній день використовується дуже мало.

• повторна – використання зворотніх вод без додаткової обробки та очищення:

ДЖЕРЕЛО  ВИРОБНИЦТВО_1  ВИРОБНИЦТВО_2  … 

 ВИРОБНИЦТВО_N  ОЧИСТКА  СКИД.

N повинно бути не більш ніж 14.

Інший варіант:

• оборотна – вода використовується у виробництві багатогранно з безперервним або періодичним очищенням (системи охолодження).

Або інший варіант:

Сьогодні це найбільш поширена система водопостачання. Вона дозволяє значно зменшити забір води з джерела.

• замкнена – вода використовується багаторазово без очищення або з обробкою, яка виключає утворення забруднень та скид. Можливе лише підживлення у випадках, коли цього вимагає технологічний процес.



В залежності від призначення вода поділяється на питну, для технологічних потреб та ін. Розглянемо водопідготовку питної води. На питну воду існує держстандарт ГОСТ 2874-82. Підготовка питної води включає наступні етапи:

1. Попереднє усунення завислих частинок за допомогою відстійників, решіток і т.д.

2. Обробка води реагентами, які назив. коагулянтами. До них відносяться: , , .

3. Змішування реагентів з водою в змішувачах.

4. Утворення пластівців (рос. – хлопьев) в камерах пластівутворювачів ( , ). Після цього вода оброблюється фтором. Місткість фтору за ГОСТом – 0,7-1,52 мг/л. Фтор є дуже важливим елементом очистки.

5. Освітлення води в горизонтальних чи вертикальних відстійниках.

6. Фільтрування води через швидкі фільтри. На цьому етапі вилучаються бактерії і мікрочастинки.

7. Знезараження: хлорування або озонування, використання срібла, ультрафіолетового випромінювання, ультразвуку.