Опреснение и физические свойства воды

Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение «Школа№ 000»

Кафедра естественно-научных дисциплин

Школьное отделение №3

Опреснение и физические свойства воды

  Журавлев Денис (10 класс «В»)

  Научный руководитель:

  ,

  учитель географии

  Москва, 2017

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………..3

Цели и задачи работы………………………………………………………….3

Предмет и объект исследования………………………………………………3

Предмет исследования – вода…………………………………………..3 Проблема нехватки питьевой воды…………………………………….4 Последствия нехватки пресной воды…………………………………..5 Опреснение……………………………………………………………….6 Ход работы……………………………………………………………….7

Выводы……………………………………………………………………….....8

Список использованной литературы………………………………………….9

  Введение

  В настоящее время одной из всемирных проблем человечества называется нехватка пресной         питьевой воды. В некоторых районах чистая вода является ценнейшим и недешевым ресурсом. Отмечены уже случаи, когда из-за источников пресной воды начинались вооруженные конфликты. В дальнейшем ситуация с водой будет только усугубляться из-за постоянного роста населения в развивающихся странах.

  Все больше и больше стран в будущем будут вынуждены изыскивать новые способы интенсивной добычи воды. Мы решили подробнее остановиться на этой проблемы и попытаться разработать решение этой проблемы хотя бы в небольших масштабах.

  Цель и задачи работы.

  Цель работы – создание из подручных средств действующей модели дистиллятора, пригодного для работы в школе.

  Задачи:

- Сформировать представление о физических процессах в атмосфере, связанных с водой и образованием осадков;

- Ознакомиться с понятием «дистилляция» и сформулировать его актуальность;

- Создать действующую модель аппарата и получить результат.

  Предмет и объект исследования:

  Предмет исследования – способ получения пресной воды с помощью тепла.

  Объект исследования – работоспособный аппарат по опреснению воды.

  1. Предмет исследования – вода.

  Вода (двуокись водорода) – бесцветная жидкость без вкуса и запаха, является самым необходимым для жизни веществом. В нормальных температурных условиях находится в жидком состоянии, может переходить из одного агрегатного состояния в другое. В твёрдом состоянии называется льдом (кристаллы льда могут образовывать снег или иней), а в газообразном — водяным паром. 71% воды на планете заключен в морях и океанах. Доля пресной составляет около 2,5 %, причём 98,8 % этой воды находится в ледниках и грунтовых водах. Менее 0,3 % всей пресной воды содержится в реках, озёрах и атмосфере, и ещё меньшее количество (0,003 %) находится в живых организмах. К тому же большое количество воды загрязнено промышленными отходами, что делает проблему нехватки пресной воды еще более острой.

  2. Проблема нехватки питьевой воды

  Вода является важнейшим ресурсом для поддержания жизни и источником всего живого на Земле, но её неравномерное распределение на континентах не раз становилось причиной кризисов и социальных катастроф. Дефицит пресной питьевой воды в мире знаком человечеству с древнейших времён, и с последнего десятилетия двадцатого века он постоянно рассматривается как одна из глобальных проблем современности. При этом, по мере роста населения нашей планеты, значительно увеличивались масштабы водопотребления, и, соответственно, вододефицита, что впоследствии стало приводить к ухудшающимся условиям жизни и замедлило экономическое развитие стран, испытывающих дефицит.

  Сегодня население планеты растёт стремительными темпами, и потребность в пресной питьевой воде только возрастает. По данным счётчика www. , население Земли на 25 апреля 2015 года достигло приблизительно 7 миллиардов 289 миллионов человек, а ежегодный прирост составляет примерно 83 миллионов человек. Данные указывают на ежегодный прирост потребности в пресной воде в объёме 64 млн кубометров. Следует заметить, что за период времени, когда население планеты выросло в три раза, использование пресной воды возросло в 17 раз. Причём, по некоторым прогнозам, через 20 лет оно может увеличиться ещё втрое.

  В сложившихся условиях установлено, что уже каждый шестой человек на планете испытывает нехватку пресной питьевой воды. И ситуация по мере развития урбанизации, роста населения, увеличения промышленных потребностей в воде и ускорения глобальных изменений климата, ведущих к опустыниванию и снижению водообеспеченности, будет только усугубляться. Недостаток воды вскоре может привести к развитию и усугублению уже существующих глобальных проблем. А когда дефицит перейдёт определённый рубеж и человечество наконец поймёт всю ценность пресных ресурсов, можно ожидать политической нестабильности, вооружённых конфликтов и дальнейшего возрастания количества проблем в развитии экономик стран мира.

  3. Последствия нехватки пресной воды

  По статистике, практически пятая часть населения мира живёт в районах, в которых наблюдается острая нехватка питьевой воды. Помимо этого, одна четверть населения живёт в развивающихся странах, которые испытывают нехватку в связи с отсутствием инфраструктуры, необходимой для забора воды из водоносных пластов и рек. Нехватка воды по этим же причинам наблюдается даже в тех районах, в которых выпадают обильные атмосферные осадки и имеются большие запасы пресной воды.

  Наличие воды в достаточном количестве для удовлетворения потребностей домашнего хозяйства, сельского хозяйства, промышленности и окружающей среды, зависит от того, как вода сохраняется, распределяется и используется, а также от качества имеющейся воды.

  Одной из главных проблем является проблема загрязнения пресной воды, существенно снижающая существующие запасы. Этому способствуют загрязнению промышленные выбросы и стоки, смыв удобрений с полей, а также проникновение солёной воды в прибрежных зонах в водоносные слои из-за откачивания грунтовых вод.

  Говоря о последствиях нехватки пресной воды, стоит заметить, что они могут быть самых разных планов: от ухудшения условий жизни и развития заболеваний вплоть до обезвоживания и смерти. Недостаток чистой воды вынуждает людей использовать для питья воду из небезопасных источников, которая зачастую просто опасна для здоровья. Кроме того, из-за нехватки воды существует негативная практика хранения воды людьми в своих жилищах, что существенно может повысить риск загрязнения и создания благоприятных условий для размножения вредных бактерий. Вдобавок, одной из острых проблем становится проблема гигиены. Люди не могут надлежащим образом мыться, стирать свою одежду и содержать в чистоте свои дома.

  Существуют различные способы решения данной проблемы и в данном аспекте для стран, имеющих большие запасы, представляются огромные возможности по части извлечения выгоды из своего положения. Однако, в настоящий момент вся ценность пресной воды ещё не привела к работе глобальных экономических механизмов, и в основном наиболее действенно работают в данном направлении страны с дефицитом пресной воды. Считаем нужным осветить наиболее интересные проекты и их результаты.

  Так, например, в Египте воплощается в жизнь самый грандиозный из всех национальных проектов – “Тошка” или “Новая Долина”. Строительство продолжается уже на протяжении 5 лет и к 2017 году планируется завершение. Работы очень затратны для экономики страны, но перспективы представляются воистину глобальными. 10% воды из Нила будет перенаправлено строящейся станцией в западные регионы страны, и площадь пригодной для жилья земли в Египте увеличится на целых 25%. Более того, будут созданы 2,8 миллиона новых рабочих мест и более 16 миллионов человек будут переселены в новые проектируемые города. В случае удачи этого амбициозного проекта станет возможным повторный расцвет Египта как развитой державы с быстрорастущим населением.

  Есть и другой пример активно развивающейся водной инфраструктуры при отсутствии собственных ресурсов. Различные пути борьбы с водным кризисом среди стран Персидского залива стали возможны с середины XX века благодаря нефтяному буму. Стали сооружаться дорогостоящие заводы по опреснению воды, и в результате на данный момент Саудовская Аравия и ОАЭ отличаются самыми солидными объёмами опреснения воды не только в регионе, но и в мире. По данным Arab News, Саудовская Аравия ежедневно использует 1,5 млн баррелей нефти на своих опреснительных установках, которые обеспечивают 50–70% пресной воды в стране. В апреле 2014 г. в Саудовской Аравии открылся крупнейший в мире завод, производящий 1 млн куб. м воды и 2,6 тыс. МВт электроэнергии в сутки. Помимо этого, все страны Залива имеют развитые очистительные системы для утилизации и повторного использования загрязнённых вод. В среднем процент сбора сточных вод варьируется от 15% до 70% в зависимости от региона; самые высокие показа%) демонстрирует Бахрейн. Что касается использования очищенных сточных вод, то в этом лидируют Оман (100% собранной воды используется повторно) и ОАЭ (89%).

Опреснение

  Опреснение воды — это снижение количества солей, содержащихся в природных водах. Для питьевых целей воду обычно опресняют частично, снижая содержание солей до величины, когда вода по своим вкусовым качествам становится пригодной для питья (менее 1000 мг/л).

  Для опреснения воды используются различные методы. Химический метод ионного обмена, основанный на фильтрации воды через специальные зернистые материалы— иониты, широко применяется на практике для обессоливания вод с общим содержанием солей до 2— 3 г/л. Обессоливание воды электродиализом основано на том, что в электрическом поле катионы и анионы воды движутся к погруженным в воду катоду и аноду. Электродиализаторы разделены проницаемыми для катионов и анионов перегородками (мембранами), а в средней их части, между перегородками скапливается опресненная вода.

  При опреснении воды дистилляцией образуется пар, свободный от солей, поэтому при его конденсации получается дистиллированная вода. Дистилляция – это перегонка, испарение жидкости с последующим охлаждением и конденсацией паров.

Различают дистилляцию с конденсацией пара в жидкость и дистилляцию с конденсацией пара в твёрдую фазу.

  Опреснение воды замораживанием основано на том, что при медленном охлаждении воды ниже 0° кристаллы пресного льда, которые смерзаются в агрегаты, образуются раньше, чем замерзает рассол. При постепенном нагревании замерзший между пресным льдом рассол перейдет в жидкое состояние и будет стекать раньше, чем начнут таять кристаллы пресного льда. При дальнейшем таянии образуется пресная вода.

Ход работы.

Чтобы получить устройство для перегонки соленой воды, имитирующей морскую воду, мы создали несколько вариантов устройств из подручных материалов и кухонных приборов. За основу был взят электрический чайник. Он являлся заменой нагревательной колбы. Основной проблемой при испытании приборов была утеря большого количества пара и невозможность обеспечения полной герметичности. Раскаленный пар необходимо было направить по трубке в сборную емкость, где он должен был конденсироваться. Однако, в ходе работы некоторое количество пресной воды получить все же удалось. В новом учебном году мы создали новую версию прибора на основе электрической кастрюли, т. к. старая модель пришла в негодность. Поиски наиболее удачной модели продолжаются.

  Выводы:

- Процессы испарения и конденсации воды происходят в атмосфере постоянно. От климатических условий напрямую зависит увлажнение тех или иных территорий.

- В случае нехватки пресной воды, дистилляция – один из главных способов решения данной проблемы. Особенно актуально это для стран с тропическим засушливым климатом.

- Засоленная и морская вода вполне может быть источником пресной воды.

- Созданная нами модель дистиллятора пока имеет конструктивные недостатки, но позволяет получать пресную воду и соль, пусть и в небольших объемах. Данный аппарат может быть использован как наглядное пособие при приведении уроков географии и физики.

Список использованных источников информации:

, , Учебник географии 5-6 класс. М; 2015 http://vanga1.ru/text/solnechniy-distillyator-svoimi-rukami-iz-podruchnih-sredstv.php http://www.studfiles.ru https://ru.wikipedia.org/wiki/8AB8;;OF8O http://a77911.narod.ru/index2.html http://elvnxfint.appspot.com/distillyator-shema-podklyucheniya.html 4K">https://ru.wikipedia.org/wiki/?@5A=5=85_2>4K http://annuityjamel.blogspot.ru/2012/11/blog-post_1354.html