XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Проблемы загрязнения и экономии воды
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Вода – самый постоянный и абсолютно незаменимый компонент нашей повседневной жизни. Нет ни одной бытовой операции, которую можно было бы осуществить без воды. Вода жизненно необходима человеку. Наши предки без боязни пили воду из чистых лесных озер и рек, а, осваивая новые земли, стремились строить свои поселения непосредственно на берегах водоемов.
В настоящее время, к сожалению, вода из открытого водоема чаще всего непригодна к употреблению без предварительной очистки. А ведь люди по - прежнему не представляют себе существования без воды.
Развитие научно-технического прогресса дало два противоположных результата: чистая природная вода стала недоступной и одновременно с тем доступной человеку! Повернув кран на кухне или в ванной – мы в любое удобное для нас время получаем относительно пригодную для употребления воду. Мы обогреваем жилище водой, вода уносит из нашего дома продукты жизнедеятельности. Мы организуем бани, бассейны, пруды и фонтаны… Мы используем воду в быту постоянно и повсеместно.
Актуальность темы
Я живу в большой стране, и с каждым годом возрастает потребление людьми воды, и через несколько лет могут возникнуть проблемы с тем, что не будет достаточного количества чистой воды. Поэтому проблема сохранения водных ресурсов, методы их очистки, загрязнение людьми водных ресурсов, а также экономия воды - очень важная и актуальная тема в наше время.
Цель работы:
Ознакомление обучающихся школы с проблемой нехватки и загрязнения водных ресурсов, способами их очистки и экономичного использования.
Для достижения данной цели я поставила следующие задачи:
Познакомить обучающихся с физическими и химическими свойствами воды.
Рассказать обучающимся об основных объектах водных ресурсов и количестве запасов воды во всём мире.
Расширить сведения о целях проведения Всемирного дня водных ресурсов.
Рассказать о причинах, способах, степени загрязнения водных ресурсов и о способах их очистки.
Познакомить со способами охраны водных ресурсов и экономии воды в быту.
Гипотеза:
Если каждый человек будет знать о проблемах загрязнения водных ресурсов и неэкономного расхода воды и соблюдать рекомендации по использованию этих важных ресурсов, то это поможет сэкономить значительное количество воды и улучшить ситуацию с загрязнением воды на нашей планете.
Предмет исследования: водные ресурсы.
Объект исследования: способы экономии и загрязнения воды.
Методы исследования:
изучение и анализ литературы;
сбор фактических данных;
проведение классных часов, круглых столов, бесед с обучающимися;
конкурс рисунков по данной тематике;
систематизация и обобщение собранного материала.
Продукты исследовательской работы:
презентация;
разработка сценариев классных часов;
информационный буклет.
Глава 1. Характеристика воды
1.1.Молекулярное строение
Одна молекула воды состоит из трех атомов: двух атомов водорода и одного атома кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью.Химическая формула: H₂O
По форме молекула воды напоминает равнобедренный треугольник, в основании которого находятся два атома водорода. Связь между атомом кислорода и атомами водорода полярная, т.к. кислород притягивает электроны сильнее, чем водород.
Молекула воды имеет два положительных и два отрицательных полюса и поэтому в большинстве случаев ведёт себя как диполь (т.е. на одной стороне – положительный заряд, на другой – отрицательный).
1.2. Химические свойства воды.
Химические свойства — свойства веществ (химических элементов, простых веществ и химических соединений), имеющие отношение к химическим процессам, то есть проявляемые в процессе химической реакции и влияющие на неё.
Молекулы воды очень устойчивы к нагреванию, но при температуре выше 1000°С пары воды начинают разлагаться на водород и кислород:
Реакционная способность воды очень велика.
Активные металлы, взаимодействуя с водой, выделяют из нее водород:
При взаимодействии с водой оксидов многих металлов и неметаллов образуются основания и кислоты:
Некоторые соли образуют с водой соединения, называемые кристаллогидратами:
Нагретое железо вступает в реакцию с парами воды:
Вода катализирует ряд химических процессов: при ее отсутствии «гремучий газ» не взрывается даже при высокой температуре, угарный газ не горит в кислороде, натрий и фосфор не окисляются на воздухе, не взаимодействуют с хлором и не происходит травления стекла фтористым водородом.
Физические свойства воды.
Физи́ческие сво́йства вещества — свойства, присущие веществу вне химического взаимодействия: температура плавления, температура кипения, вязкость, плотность, диэлектрическая проницаемость, теплоёмкость,
теплопроводность, электропроводность, сорбция, цвет, концентрация, эмиссия,
текучесть, твёрдость, пластичность, упругость, индуктивность, радиоактивность.
Чистая вода — прозрачная жидкость без цвета, вкуса и запаха. Вкус и запах воде придают растворенные в ней примеси. Многие физические свойства воды очень своеобразны. При соответствующих обстоятельствах они являются аномальными, т.е. отклоняются от привычных. Например, плотность воды при переходе из твердого состояния (лед) в жидкое не уменьшается, как у большинства веществ, а увеличивается (рис. 30). Плотность растет и при нагревании воды от 0°С до + 4°С, достигая своего максимума — или 1 г/мл.
Еще одно свойство воды — это ее высокая теплоемкость (4,18 Дж/кг) (для сравнения: у песка — 0,79; известняка — 0,88; поваренной соли — 0,88; глицерина — 2,43; этилового спирта — 2,85). Поэтому вода в ночное время или при переходе от летнего сезона к зимнему медленно остывает, а в дневное время и при смене зимы летом так же медленно нагревается.
Вода замерзает при 0°С (при этой же температуре лед начинает таять) и превращается в пар (кипит) при 100°С.
Вода, являясь универсальным растворителем, растворяет многие органические и неорганические вещества.
Глава 2. Водные ресурсы
2.1. Уровень воды на планете.
Водные ресурсы мира – все воды гидросферы, включая воды мирового океана, поверхностные и подземные воды континентов. Это неотъемлемые и чрезвычайно ценные природные ресурсы планеты. Вода является наиболее распространенным веществом на нашей планете: хотя и в разных количествах, она доступна повсеместно, и играет жизненно важную роль для окружающей среды, и живых организмов. Наибольшее значение имеет пресная вода, без которой человеческое существование невозможно, и заменить ее ничем нельзя. Люди всегда потребляли свежую воду и использовали ее в различных целях, включая бытовое, сельскохозяйственное, промышленное и рекреационное использование.
Вода существует в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Она образует океаны, моря, озера, реки и подземные воды, находящиеся в верхнем слое коры, и почвенного покрова Земли. В твердом состоянии, она существует в виде снега и льда в полярных, и горных районах. Определенное количество воды содержится в воздухе в виде водяного пара. Огромные объемы воды находятся в составе различных минералов земной коры.
Выявить точное количество запасов воды во всем мире довольно сложно, поскольку вода динамичная и находится в постоянном движении, изменяя свое состояние от жидкого до твердого и газообразного, и наоборот. Как правило, общее количество водных ресурсов мира оценивается как совокупность всех вод гидросферы. Это вся свободная вода, существующая во всех трех агрегатных состояниях в атмосфере, на поверхности Земли и в земной коре до глубины 2000 метров.
Текущие оценки показали, что на нашей планете содержится огромное количество воды – около 1386000000 кубических километров (1,386 млрд. км³). Однако 97,5% этого объема – соленая вода и только 2,5% – пресная. Большая часть пресной воды (68,7%) находится в виде льдов и постоянных снежных покровов в Антарктике, Арктики, и горных районах. Далее, 29,9% существует как грунтовые воды, и только 0,26% от общего количества пресной воды на Земле сосредоточено в озерах, водохранилищах и речных системах, где они наиболее легко доступны для наших экономических потребностей.
Пресная вода содержит минимальное количество солей (не более 0,1%) и подходит для человеческих потребностей. Однако, не все ресурсы доступны для людей, а даже те, которые доступны не всегда пригодны для использования. Рассмотрим источники пресной воды:
Ледники и снежные покровы занимают около 1/10 суши в мире и содержат около 70% запасов пресной воды. К сожалению, большая часть этих ресурсов расположена вдали от населенных пунктов, поэтому является трудно доступной.
Подземные воды на сегодняшний день являются наиболее распространенным и доступным источником пресной воды.
Пресноводные озёра в основном расположены на больших высотах. В Канаде находится около 50% пресноводных озёр мира. Многие озёра, особенно, которые находятся в засушливых районах, становятся солеными за счет испарений. Каспийское море, Мертвое море, и Большое Солёное озеро являются одними из крупнейших в мире соленых озёр.
Реки образуют гидрологическую мозаику. На Земле насчитывается 263 международных речных бассейна, которые охватывают более 45% суши нашей планеты (исключение – Антарктика).
Основными объектами водных ресурсов являются:
океаны и моря;
озёра, пруды и водохранилища;
болота;
реки, каналы и ручьи;
влажность почв;
подземные воды (почвенные, грунтовые, межпластовые, артезианские, минеральные);
ледяные шапки и ледники;
атмосферные осадки (дождь, снег, роса, град и т.п.).
2.2. Всемирный день водных ресурсов.
Ежегодно 22 марта в мире отмечается Всемирный день водных ресурсов или Всемирный день воды (World Water Day или World Day of Water). Идея его проведения впервые прозвучала на Конференции ООН по охране окружающей среды и развитию (ЮНСЕД), которая состоялась в 1992 году в Рио-де-Жанейро.
В 20 веке использование воды увеличилось в 6 раз и более чем в 2 раза превышает темпы прироста населения. В развитых странах до 30% запасов пресной воды теряются из-за утечек, а в некоторых крупных городах потери могут достигать 70%.
Генеральная Ассамблея Организации Объединенных Наций, приняв резолюцию 47/193 от 22 февраля 1993 года, объявила 22 марта Всемирным днем водных ресурсов. В соответствии с рекомендациями Конференции ООН по охране окружающей среды и развитию этот день начали отмечать с 1993 года.
Государства были призваны посвятить День водных ресурсов осуществлению рекомендаций ООН и проведению конкретных действий на национальном уровне.
Ежегодно одно из учреждений ООН назначается координатором мероприятий Всемирного дня водных ресурсов и отвечает за продвижение новой темы под руководством Административного комитета по координации.
Основные цели проведения Всемирного дня водных ресурсов:
Способствовать принятию соответствующих мер для решения проблемы снабжения населения питьевой водой;
Информировать общественность о важности охраны и сохранения ресурсов пресной воды и водных ресурсов в целом;
Привлечь к празднованию Всемирного дня водных ресурсов правительства, международные агентства, неправительственные организации и частный сектор.
22 марта является уникальной возможностью напомнить человечеству о чрезвычайной важности водных ресурсов для окружающей среды и развития общества. Практические усилия могут помочь углубить общественное понимание как проблем, так и решений в этой области. Для достижения положительных результатов необходимо превратить слова в обязательства и действия в рамках общей темы.
Глава 3. Загрязнение воды
Загрязнение воды — это попадание загрязняющих веществ в океаны, моря, озера, реки, водоносные горизонты и грунтовые воды. Обычно это вызвано деятельностью человека. Загрязнение воды изменяет физические, химические или биологические свойства воды, что влечет за собой пагубные последствия для любого живого организма.
3.1. Основные причины загрязнения воды
Основные факторы, которые влияют на загрязнение можно поделить на следующие группы:
Промышленные отходы. От производственной деятельности фабрик, заводов, комбинатов происходит загрязнение вод. Фильтры и очистные системы не в состоянии провести полную очистку от загрязняющих веществ.
Промышленные аварии и техногенные катастрофы. Крупные аварии и утечки на производстве ведут к загрязнению воды. Происходит это в результате перевозки промышленных отходов или опасных грузов водным транспортом, взрывов на атомных электростанциях, ядерных испытаний и т.п.
Сточные воды из канализации. Люди, для упрощения быта, производят тонны синтетических моющих средств. Смесь моющих средств, биологических отходов попадают в канализацию. Все это попадает в сток, приводя к загрязнению поверхностных и подземных водных источников.
Твердые отходы. В океане существуют мигрирующие острова помоек. В Тихом океане найден самый большой мусорный остров, по размеру он соизмерим с территорией Монголии (1,5 млн. км²), его вес составляет примерно сто миллионов тонн. Огромное количество пластика съедают морские обитатели, что ведет к их гибели. Под воздействием солнечного тепла пластик распадается на мелкие гранулы, которые поглощает планктон. Это ведет к гибели целых экосистем.
Удобрение для полей. Для увеличения урожайности фермеры применяют биодобавки и удобрения. Прикормы для почвы вместе с талыми и дождевыми водами напитывают подземные реки, загрязняя их. Подземные источники впадают в поверхностные водоемы, расширяя площадь загрязнения. Органические удобрения, в отличие от применяемых фермерами минеральных добавок, при правильном дозировании не несут вреда почве и через некоторое время полностью разлагаются и становятся безопасными как для человека, так и для окружающей природы. Но такие прикормки не всегда помогают получить большой урожай и не очень удобны, для использования на больших территориях.
Утечки нефти. Добыча этого природного ресурса сопряжена с большим риском для окружающей природы. Только в Америке ежегодно фиксируется больше десятка тысяч утечек. В России количество нефтяных утечек чуть меньше – около девяти с половиной тысяч. Попадая в открытые водоемы нефтепродукты отравляют водную среду.
Сброс промышленных вод в окружающую среду
Загрязнение водоемов ведет к исчезновению целых видов представителей животного мира:
Нефтесодержащие продукты при воздействии на жировой слой водоплавающих птиц разрушают его, птицы замерзают и гибнут;
Животные и рыбы принимают мусор за корм, проглатывая его, гибнут;
повышение температуры воды отрицательно сказывается на жизни водных обитателей, привыкших к более низким температурам;
обильное цветение опасно для рыб, так как в результате увеличивается рост органических веществ, питающих бактерии. Последние активнее потребляют кислород, что ведет к гибели представителей фауны.
3.2. Определение степени загрязнения воды
Различные показатели позволяют определить уровень загрязнения.
цвет;
титр кишечной палочки;
окисляемость;
прозрачность;
присутствие тяжелых металлов и других составляющих;
гидробиологические параметры;
запах;
уровень кислорода;
показатель Рн;
патогенная микрофлора.
В каждом развитом государстве есть организация, отвечающая за состояние водных ресурсов. В случае отхождения показателей от нормальных, она обязана провести проверку и предпринять действия для изменения ситуации.
3.3. Текущая ситуация в России и в мире
Самыми грязными на планете реками признаны водные артерии азиатской части Евразии. В них в несколько десятков раз больше свинца, чем в водоемах промышленно-развитых стран. В реках в разы превышено содержание бактерий от отходов жизнедеятельности человека.
В европейской части ситуация ненамного лучше. В Ирландии главный источник загрязнения рек – удобрения, применяемые здесь в большом количестве. Сточные воды – отдельная проблема этого государства.
Половина рек и озер Америки непригодны для их использования.
Загрязнение водоемов России достаточно велико. Водная экология близка к критической отметке в следующих регионах:
Архангельской области;
Ярославской области;
Калининградской;
Томской области;
Курганской области;
Бурятии;
Республике Дагестан;
Приморском крае;
Калмыкии.
За последние годы резко ухудшилась ситуация в водоемах Амурской области. Ежедневно большой объем органических и химических соединений попадают в Волгу. Она уже не в состоянии самоочищаться естественным способом, поэтому здесь регулярно проводится очищение вод при помощи хлорирования.
Глава 4. Экономия водных ресурсов
4.1. Способы очистки водных ресурсов.
Вопрос загрязнения поверхностных природных вод вырос до масштабов планеты. Человечество пытается решить проблему разными способами.
Ряд мероприятий позволяет привести к необходимым стандартам загрязненную воду в процессе очистки.
Механическая – по ходу движения потока ставятся решетки, не допускающие попадание в открытый водоем крупного мусора. Несовершенный способ, требует регулярной очистки решеток.
Третичная – вода проходит многоэтапную систему очистки с применением порошков. Они убивают патогенные микроорганизмы, ведут к разложению кислоты, щелочей. Полученный ресурс можно использовать в сельском хозяйстве или в промышленных целях.
Специализированная – позволяет устранить загрязнение от отдельного вида составов. Коагулянты ведут к слипанию посторонних частиц, они образуют хлопья, которые отфильтровывают.
Химическая – реагенты вступают в реакцию с вредными примесями, нейтрализуя их. Но вода получается с высокой жесткостью, пить ее нельзя.
4.2. Охрана водных ресурсов
Ряд стран разработал мероприятия по охране водного бассейна планеты.
Установлены прибрежные водоохранные зоны, на территории которых действуют ограничения на ведение хозяйственной деятельности.
Введены мероприятия, позволяющие восполнить водный баланс планеты качественным водным ресурсом.
Предусмотрены штрафы и меры наказания для нарушителей установленных правил пользования водными ресурсами.
Ученые находятся в интенсивном непрерывном поиске эффективных методов очистки воды от вредных примесей. Разработан ряд методов, позволяющих быстро локализовать большие объемы попавших в открытые водоемы нефтепродуктов или других химических и радиоактивных составов. Но даже этого пока недостаточно, чтобы сократить наносимый природе вред.
Правительство России приняло закон, запрещающий открывать предприятия, наносящие вред окружающей природе и водным бассейнам. Все новые промышленные объекты обязаны иметь оборудованные фильтры, производящую очистку отработанной воды на высоком уровне.
4.3 Экономия воды в быту.
Изменения стиля жизни означает, что мы тратим на 55% больше воды, чем 25 лет назад, в то время как только 5% воды расходуется на питье. В среднем мы потребляем от 150 до160 л воды на человека в день, развивающиеся страны потребляют в среднем 20 л воды в день на человека.
Вода – самый постоянный и незаменимый компонент нашей повседневной жизни. Нет ни одной бытовой операции, которая обошлась бы без воды. Россияне расходуют воду в быту не жалея, например, в 2,5 раза больше, чем англичане, которые, в отличие от нас, намного лучше обеспечены водой.
Применение воды в быту можно условно разделить на несколько категорий:
Еда и напитки: вода, используемая для питья, приготовления пищи, льда, напитков, консервов, и многих других пищевых продуктов, только маленькая часть обширного спектра ее применения. Однако это требует соблюдения стандарта качества на питьевую воду. Использование ненадежной воды для приготовления пищи или напитков представляет большую опасность. Потребляемая вода очищает кровь, удаляя через почки загрязнения и шлаки, находящиеся в организме.
Гигиена: купание, стирка, мытье посуды, фруктов и овощей - вот некоторые применения воды в целях гигиены.
Санитария: сантехническое оборудование требует использования воды в качестве носителя отходов в канализационной системе.
Полив газонов: повсеместное использование воды для орошения газонов, цветов и кустарников требует больших ее количеств в течение летних месяцев.
Кондиционирование: такое оборудование требует или воздуха или воды для процесса теплообмена. Вода, охлаждая теплообменники кондиционеров воздуха, создает требуемый климат в помещениях в летние месяцы, причем из-за увеличения потребления воды в этот период года возникают повышенные нагрузки на отдельных водопроводных сетях.
Противопожарная защита: большое значение имеют противопожарные водопроводные линии (пожарные гидранты). Бесперебойная подача, достаточная емкость и соответствующая мощность водопроводных магистралей, чтобы доставить воду ко всем частям населенного пункта для защиты от пожара, не только снижает опасность серьезных потерь от пожара, но снижает стоимость страхования от пожара.
Полезные советы по экономии воды в кухонном быту
На кухне всегда достаточно большой расход воды. Стремясь к экономии воды в быту, ознакомитесь с нашими советами, которые обязательно помогут вымыть всю посуду с минимальными затратами.
Как экономить воду при мытье посуды: актуальные рекомендации
Если семья достаточно большая, при мытье посуды вручную расход будет достаточно большой. Сократить расходы поможет установка посудомойки. Если же это по каким-то причинам невозможно, рассмотрим, как прямо сейчас экономить воду при мытье посуды. Для этого:
предварительно замочите посуду. Это позволит сэкономить не только природные ресурсы, но и время, так как не придётся оттирать застарелые пятна;
используйте моющее средство. При его наличии будет проще избавиться от пятен жира;
уменьшайте напор воды;
мойте овощи и фрукты в миске, а не под краном;
размораживайте продукты естественным образом.
Как сэкономить на воде: рекомендации, как беречь воду для туалета и ванной
Существуют различные способы экономии воды, позволяющие сократить расход в ванной и туалете. В ванной следует:
отказаться от мытья в ванной в пользу душа;
перекрывать кран во время приёма душа, если в текущий момент вода не нужна. (Например, если на волосы нанесена питательная маска, которую надо удерживать в течение нескольких минут);
набирать при чистке зубов воду в стакан;
отдать предпочтение смесителю с одним рычагом, вместо модели с двумя барашками. Это позволит значительно сократить расход во время регулировки температуры потока.
Сэкономить в туалете можно только за счёт установки современного оборудования и устранения течи. Если установка унитаза с двумя кнопками в настоящее время недоступна, можно искусственно уменьшить объём бачка, положив внутрь наполненную пластиковую бутылку.
Выводы
В ходе выполнения исследования, анализа научной литературы, результатов проведения классных часов и конкурса рисунков, я сделала следующие выводы:
1. Вода – самая важная в природе жидкость. Без нее невозможно существование животных и растений, а также существование и развитие человечества.
2. Все жители планеты должны знать о способах загрязнения и методах очистки воды.
3. Каждый человек на планете должен бережно и экономно использовать водные ресурсы.
5. Наша гипотеза верна: если каждый человек будет знать о проблемах загрязнения водных ресурсов и неэкономного расхода воды и соблюдать рекомендации по использованию этих важных ресурсов, то это поможет сэкономить значительное количество воды и улучшить ситуацию с загрязнением воды на нашей планете.
Литература и информационные источники
https://vodasila.ru/o-vode/kakoe-stroenie-imeet-molekula
https://yandex.ru/q/question/iz_chego_delaiut_vodu_7d6aa0da/?answer_id=ccf6d96-bfff43f2ace8f45be18fc682&utm_medium=share&utm_campaign=answer#ccf6d196-bfff-43f2-ace8-f45be18fc682
https://ru.wikipedia.org/wiki/Химические_свойства#:~:text=Химические%20свойства%20%20свойства%20веществ,химического%20элемента%20является%20его%20электроотрицательность
https://www.evkova.org/vodavhimii#Вода%20и%20её%20химические%20свойства
https://ru.wikipedia.org/wiki/Физические_свойства
https://natworld.info/nauki-o-prirode/vodnye-resursy-zemli
https://www.calend.ru/holidays/0/0/450/
https://laboratoria.by/stati/vidy-zagr-vody
https://cleanbin.ru/problems/water-pollution#Osnovnye_priciny_zagraznenia_vody
https://nsportal.ru/ap/library/nauchno-tekhnicheskoe-tvorchestvo/2016/11/13/issledovatelskaya-rabota-ekonomiya-vody-v