Влияние состава природных вод на здоровье

Влияние состава природных вод на здоровье

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

[pic]

Исполнитель:

Засекина Д.Г.,

ООС-95-I

Проверила:

Ковяткина Л.А.

Тюмень -1999

План:

1. Водная среда --------------------------------------------------- с.2

2. Водный баланс земли -----------------------------------------с.5

3. Химический состав воды ------------------------------------с.5

. Общие свойства воды ---------------------------------------- с.5

. Ионный состав воды ------------------------------------------с.8

6. Подземные воды -----------------------------------------------с.9

7. Влияние состава вод на здоровье человека -----------с.11

5.1.Медико-экологическое районирование

территорий -----------------------------------------------------с.11

5.2.Связь загрязненной воды в паразитарной

и инфекционной заболеваемостью населения --------с.12

5.3.Влияние компонентов химического состава

питьевой воды на здоровье населения -----------------с.13

5.4.Медико-экологическая классификация рисков питьевого водопользования ----

------------------------------с.16

1. Заключение --------------------------------------------------- с.17

2. Список литературы ------------------------------------------с.18

ВОДНАЯ СРЕДА.

Водная среда включает поверхностные и подземные воды. Поверхностные

воды в основном сосредоточены в океане, содержанием 1 млрд. 375 млн.

кубических километров--около 98% всей воды на Земле. Поверхность океана

(акватория) составляет 361 млн. квадратных километров. Она примерно в 2,4

раза больше площади суши территории, занимающей 149 млн. квадратных

километров (см.карту). Вода в океане соленая, причем большая ее часть

(более 1 млрд. кубических километров) сохраняет постоянную соленость около

3,5% и температуру, примерно равную 3,7oС. Заметные различия в солености и

температуре наблюдаются почти исключительно в поверхностном слое воды, а

также в окраинных и особенно в средиземных морях. Содержание растворенного

кислорода в воде существенно уменьшается на глубине 50-60 метров.

[pic]

Подземные воды бывают солеными, солоноватыми (меньшей солености) и

пресными; существующие геотермальные воды имеют повышенную

температуру(более 30`С). Для производственной деятельности человечества и

его хозяйственно-бытовых нужд требуется пресная вода, количество которой

составляет всего лишь 2,7% общего объема воды на Земле, причем очень малая

ее доля (всего 0,36%) имеется в легкодоступных для добычи местах. Большая

часть пресной воды содержится в снегах и пресноводных айсбергах,

находящихся в районах в основном Южного полярного круга. Годовой мировой

речной сток пресной воды составляет 37,3 тыс. кубических километров. Кроме

того, может использоваться часть подземных вод, равная 13 тыс. кубическим

километрам. К сожалению, большая часть речного стока в России, составляющая

около 5000 кубических километров, приходится на малоплодородные и

малозаселенные северные территории. При отсутствии пресной воды используют

соленую поверхностную или подземную воду, производя ее опреснение или

гиперфильтрацию: пропускают под большим перепадом давлений через полимерные

мембраны с микроскопическими отверстиями, задерживающими молекулы соли (см.

схему).

[pic]

Оба эти процесса весьма энергоемки, поэтому представляет интерес

предложение, состоящее в использовании в качестве источника пресной воды

пресноводных айсбергов (или их части), которые с этой целью буксируют по

воде к берегам, не имеющим пресной воды, где организуют их таяние. По

предварительным расчетам разработчиков этого предложения, получение пресной

воды будет примерно вдвое менее энергоемки по сравнению с опреснением и

гиперфильтрацией. Важным обстоятельством, присущим водной среде, является

то, что через нее в основном передаются инфекционные заболевания (примерно

80% всех заболеваний). Впрочем, некоторые из них, например коклюш,

ветрянка, туберкулез, передаются и через воздушную среду. С целью борьбы с

распространением заболеваний через водную среду Всемирная организация

здраво охранения (ВОЗ) объявила текущее десятилетие десятилетием питьевой

воды.

Водный баланс земли.

Чтобы представить, сколько воды участвует в круговороте,

охарактеризуем различные части гидросферы. Более 94% ее составляет

Мировой океан . Другая часть(4%)-подземные воды. При этом следует

учесть ,что большая их часть относится к глубинным рассолам, а пресные

воды составляют 1/15 долю. Значителен также объем льда полярных

ледников: с пересчетом на воду он достигает 24 млн. куб. км., или 1,6%

объема гидросферы. Озерной воды в 100 раз меньше -230 тыс. км3 , а в

руслах рек содержится всего лишь 1200 км3 воды, или 0,0001% всей

гидросферы. Однако , несмотря на малый объем воды, реки играют очень

большую роль: они, как и подземные воды, удовлетворяют значительную

часть потребностей населения , промышленности и орошаемого земледелия.

Воды на Земле довольно много . Гидросфера составляет около 1/4180

части всей массы нашей планеты. Однако на долю пресных вод, исключая

воду, скованную в полярных ледниках, приходится немногим более 2 млн.

км3, или только 0,15% всего объема гидросферы.

Химический состав воды.

Огромная роль воды в жизни человека и природы послужила причиной

того, что она была одним из первых соединений, привлекших внимание учёных.

Тем не менее изучение воды ещё далеко не закончено.

Общие свойства воды.

Вода в силу популярности её молекул способствует разложению

контактирующих с ней молекул солей на ионы, но сама вода проявляет большую

устойчивость и в химически чистой воде содержится очень мало ионов

по H+ и OH-.

Вода - инертный растворитель; химически не изменяется под действием

большинства технических соединений, которые она растворяет. Это очень важно

для всех живых организмов на нашей планете, поскольку необходимые их тканям

питательные вещества поступают в водных растворах в сравнительно мало

измененном виде. В природных условиях вода всегда содержит то или иное

количество примесей, взаимодействия не только с твердыми и жидкими

веществами, но растворяя также и газы.

Даже из свежевыпавшей дождевой воды можно выделить несколько десятков

миллиграммов различных растворенных в ней веществ на каждый литр объема.

Абсолютно чистую воду никогда и никому ещё не удавалось получить ни в одном

из её агрегатных состояний; химически чистую воду, в значительной мере

лишенную растворенных веществ, производят путем длительной и кропотливой

очистки в лабораториях или на специальных промышленных установках.

В природных условиях вода не может сохранить “химическую чистоту”.

постоянно соприкасаясь со всевозможными веществами, она фактически всегда

представляет собой раствор различного, зачастую очень сложного свойства. В

пресной воде содержание растворенных веществ обычно превышает 1 г./л. От

нескольких единиц до десятков граммов на литр колеблются содержание солей в

морской воде: например, в Балтийском море их всего 5 г./л., в Чёрном - 18,

а в Красном море - даже 41 г./л.

Солевой состав морской воды в основном на 89% слагается из хлоридов

(преимущественно хлорида натрия, калия и кальция), 10% приходится на

сульфаты (натрия, калия, магния) и 1% - на карбонаты (натрия, кальция) и

другие соли. Пресные воды содержат обычно больше всего - до 80% карбонатов

(натрия и кальция), около 13% сульфатов (натрия, калия, магния) и 7%

хлоридов (натрия и кальция).

Вода хорошо растворяет газы (особенно при низких температурах),

главным образом кислород, азот, диоксид углерода, сероводород. Количество

кислорода иногда достигает 6 мг./л. В минеральных водах типа нарзан общее

содержание газов может составлять до 0,1%. В природной воде присутствуют

гумусовые вещества - сложные органические соединения, образующиеся в

результате неполного распада остатков растительных и животных тканей, а

также соединения типа белков, сахаров, спиртов.

Вода обладает исключительно высокой теплоемкостью. Теплоемкость воды

принята за единицу. Теплоемкость песка, например, составляет 0,2, а железа

- лишь 0,107 теплоемкости воды. Способность воды накапливать большие запасы

тепловой энергии позволяет сглаживать резкие температурные колебания на

прибрежных участках Земли в различные времена года и в различную пору

суток: вода выступает как бы регулятором температуры на всей нашей планете.

Следует отметить особое свойство воды - её высокое поверхностное

натяжение - 72,7 эрг/см2 (при 20о С). В этом отношении из всех видов

жидкостей вода уступает только ртути. Подобное свойство воды во многом

обусловлено водородными связями между отдельными молекулами H2O. Особенно

наглядно проявляется поверхностное натяжение в прилипании воды ко многим

поверхностям - смачивании. Установлено, что вещества - глина, песок,

стекло, ткани, бумага и многие другие, легко смачиваемые водой, непременно

имеют в своем составе атомы кислорода. Такой факт оказался ключевым при

объяснении природы смачивания: энергетически не уравновешенные молекулы

поверхностного слоя воды получают возможность образовать дополнительные

связи с “чужими” атомами кислорода.

Смачивание и поверхностное натяжение лежат в составе явления,

названного капиллярностью: в узких каналах вода способна подниматься на

высоту гораздо большую, чем та, которую “ позволяет” сила тяжести для

столбика данного сечения.

В капиллярах вода обладает поразительными свойствами. Б.В.Дерягин

установил, что в капиллярах вода, сконденсировавшаяся из водяного пара, не

замерзает при 00 и даже при снижении температуры на десятки градусов.

Молекулы воды отличаются большой термической устойчивостью, при

деструкции по схеме: 2H2O ( 2H2 + O2 + 2 ( 245,6 Кдж.

начинается при температуре выше 10000С, и при 20000С составляет лишь 1,8%.

При 50000С водяной пар со взрывом нацело разлагается на водород и кислород.

Вода относится к слабым электролитам.

H2O ( H+ + OH-

Kдисс=

= 1,8(10-16

[H+][OH-]

[H2O]

Вода весьма реакционно-способное вещество: может проявлять как

окислительные, так и восстановительные свойства. Так, под действием сильных

восстановителей вода проявляет окислительные свойства: на холоде окисляет

щелочные и щелочноземельные металлы, а при температуре накаливания -

железо, углерод и др.

2Na + 2H2O ( 2NaOH + H2(

3Fe + 4H2O ( Fe3O4 + 4H2(

Под действием сильных окислителей (фтор, хлор, электрический ток)

вода проявляет восстановительные свойства. Так, реакцию взаимодействия со

фтором можно представить следующим образом:

2F2+2H2O ( 2H2F2+O2(

Существует три типа присоединения воды к молекулам других веществ: по

ионному, координатному и адсорбционному типу.

Присоединение по ионному типу происходит к оксидам щелочных,

щелочноземельных и редкоземельных металлов, а также к кислотным оксидам:

CaO + H2O ( Ca (OH)2

P2O5 + 3H2O ( 2H3PO4

Вода, присоединяемая по ионному типу, называется конституционной. Она

удаляется при нагревании с большим трудом. Так отщепление от едкого натра

начинается при 1388oС :

2NaOH ( Na2O + H2O

К ионам металлов - комплексообразователей присоединение идёт по

координатному типу :

[

]

CaCl2 + CH2O ( Ca(H2O)6 ( Cl2

Полученные соединения называются аквакомплексами, а вода, вошедшая в

их состав, - кристаллизационной. Кристаллизационная вода удаляется легче,

чем конституционная, например, при выветривании.

Различные вещества адсорбируют на своей поверхности некоторое

количество воды за счет межмолекулярных сил притяжения. Вода,

присоединенная по адсорбционному типу, называется гигроскопической; она

удаляется легче, чем кристаллизационная.

Ионный состав природных вод.

Происходящее в почвах процессы окисления органических веществ

вызывают расход кислорода и выделение углекислоты, поэтому в воде при

фильтрации её через почву возрастает содержание углекислоты, что приводит к

обогащению природных вод карбонатами кальция, магния и железа, с

образованием растворимых в воде кислых солей типа:

CaCO3 + H2O + CO2 ( Ca(HCO3)2

Бикарбонаты присутствуют почти во всех водах в тех или иных

количествах. Большую роль в формировании химического состава воды играют

подстилающие почву грунты, с которыми вода вступает в соприкосновение,

фильтруясь и растворяя некоторые минералы. Особенно интенсивно обогащают

воды осадочные породы, такие, как известняки, доломиты, мергели, гипс,

каменная соль и др. В свою очередь почва и породы обладают способностью

адсорбировать из природной воды некоторые ионы ( например, Ca2+ , Mg2+ ),

замещая их эквивалентным количество других ионов ( Na+ , K+ ).

Подпочвенными водами легче всего растворяются хлориды и сульфаты

натрия и магния, хлорид кальция. Силикатные и алюмосиликатные породы

(граниты, кварцевые породы и т.д.) почти нерастворимы в воде и содержащей

углекислоту и органические кислоты.

Наиболее распространенными в природных водах являются следующие ионы

: Cl- ,SO[pic] ,HCO[pic] ,CO[pic] ,Na+ ,Mg2+ ,Ca2+ ,H+.

Ион хлора присутствует почти во всех природных водоемах, причем его

содержание меняется в очень широких пределах. Сульфат - ион также

распространен повсеместно. Основным источником растворенных в воде

сульфатов является гипс. В подземных водах с содержанием сульфат - иона

обычно выше, чем в воде рек и озер. Из ионов щелочных металлов в природных

водоемах в наибольших количествах находится ион натрия, который является

характерным ионом сильноминерализованных вод морей и океанов.

Ионы кальция и магния в маломинерализованных водах занимают первое

место. Основным источником ионов кальция является известняки, а

магния - доломиты (MgCO3 ,CaCO3). Лучшая растворимость сульфатов и

карбонатов магния позволяет присутствовать ионам магния в природных водах в

больших концентрациях, чем ионов кальция.

Ионы водорода в природной воде обусловлены диссоциацией угольной

кислоты. Большинство природных вод имеют pH в пределах 6,5 - 8,5. Для

поверхностных вод в связи с меньшим содержанием в них углекислоты pH обычно

выше, чем для подземных.

Соединения азота в природной воде представлены ионами аммония,

нитритными, нитратными ионами за счет разложения органических веществ

животного и растительного происхождения. Ионы аммония, кроме того, попадают

в водоемы со сточными промышленными водами.

Соединения железа очень часто встречаются в природных водах, причем

переход железа в раствор может происходить под действием кислорода или

кислот ( угольной, органических(. Так например, при окислении весьма

распространенного в породах пирита получается сернокислое железо:

FeS2 + 4O2 ( Fe2+ + 2SO[pic]

а при действии угольной кислоты - карбонат железа:

FeS2 + 2H2CO3 ( Fe2+ + 2HCO3 + H2S + S.

Соединения кремния в природных водах могут быть в виде кремниевой

кислоты. При pH < 8 кремниевая кислота находится практически в

недиссоциированном виде; при pH >8 кремниевая кислота присутствует

совместно с HSiO[pic], а при pH >II - только HSiO[pic]. Часть кремния

находится в коллоидном состоянии, с частицами состава HSiO2(H2O , а также в

виде поликремнеивой кислоты: X(SiO2(y(H2O. В природных водах присутствуют

также Al3+ ,Mn2+ и другие катионы.

Помимо веществ ионного тапа природные воды содержат также газы и

органические и грубодисперсные взвеси. Наиболее распространенными в

природных водах газами являются кислород и углекислый газ. Источником

кислорода является атмосфера, углекислоты - биохимические процессы,

происходящие в глубинных слоях земной коры, углекислота из атмосферы.

Из органических веществ, попадающих извне, следует отметить гуминовые

вещества, вымываемые водой из гумусовых почв (торфяников, сапропелитов и

др.). Большая часть из них находится в коллоидном состоянии. В самих

водоемах органические вещества непрерывно поступают в воду в результате

отмирания различных водных организмов. При этом часть из них остается

взвешенной в воде, а другая опускается на дно, где происходит их распад.

Грубодисперсные примеси, обуславливающие мутность природных вод,

представляют собой вещества минерального и органического происхождения,

смываемые с верхнего покрова земли дождями или талыми водами во время

весенних паводков.

Подземные воды.

Советский ученый Лебедев на основе многочисленных экспериментов

разработал классификацию видов воды в почвах и грунтах. Представления

А.Ф.Лебедева, получившие дальнейшее развитие в более поздних исследованиях,

позволили выделить следующие виды воды в горных породах: в форме пара,

связанную, свободную, в твердом состоянии.

Паро-образованная вода занимает в породе поры, не заполненные жидкой

водой, и перемещается за счет различной величины упругости пара или потоком

воздуха. Конденсируясь на частицах породы, водяные пары переходят в другие

виды влаги.

Различают несколько видов связанной воды. Сорбированная вода

удерживается частицами породы под влиянием сил, возникающих при

взаимодействии молекул воды с поверхностью этих частиц и с обменными

катионами. Сорбированную воду разделяют на прочносвязанную и

рыхлосвязанную. Если влажную глину подвергать давлению, то даже под

давлением в несколько тысяч атмосфер часть воды невозможно удалить из

глины. Это прочносвязанная вода. Полное удаление такой воды достигается

лишь при температуре 150 - 300оС. Чем меньше минеральные частицы, слагающие

породу, и, следовательно, выше их поверхностная энергия, тем большее

количество прочносвязанной воды в этой породе. Рыхлосвязанная, или

пленочная, вода образует плёнку вокруг минеральных частиц. Она удерживается

слабее и довольно легко удаляется из породы под давлением. Особенно важную

роль играет сорбированная вода в глинистых породах. Она влияет на

прочностные свойства глин и фильтрационную способность.

Как уже указывалось, связанная вода участвует в строении

кристаллических решёток некоторых минералов. Кристаллизационная вода входит

в состав кристаллической решётки. Гипс, например содержит две молекулы воды

CaSO4(2H2O. При нагревании гипс теряет воду и превращается в ангидрит

(CaSO4).

Известно, что при температуре около 4оС вода имеет максимальную

плотность 1,000 г/см3. При 100оС её плотность - 0,958 г/см3, при 250оС -

0,799 г/см3. За счет пониженной плотности происходит конвективное,

Страницы: 1, 2