Введение.

Вода-одно из самых распространенных и в то же время одно из самых необыкновенных веществ на Земле, без нее немыслимо существование не только человека, но и всего живого. Она жизненно необходима; нужна везде – в быту, сельском хозяйстве и промышленности. Вода необходима организму в большей степени, чем все остальное, за исключением кислорода. Взрослый человек примерно на 65% состоит из воды¹. Вода имеет отношение к долголетию человека. Без еды человек может прожить больше недели, а без воды лишь несколько дней. При резком сокращении употребления воды человек заболевает, и организм начинает хуже функционировать.

Ученые же утверждают, что человеческая жизнь, функции нашего организма — это в некотором смысле «борьба за воду». 80% всех болезней в мире связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды². В процессе старения организм как бы усыхает. И первейшая задача человека — активизировать приспособительные системы, применяя различные средства повышения жизненного тонуса, например закаливание и водолечение.

Актуальность нашей темы состоит в том, что, несмотря на то, что в Санкт-Петербурге применяются новейшие методы, очисти воды жители города всеравно, в большинстве своем, используют дополнительные методы очистки воды.

Целью работы является знакомство с проблемой водоочистки и путями ее решения.

При выполнении работы были поставлены следующие задачи:

1. Литературный обзор

2. Проведение социологического опроса

3. Проведение исследований : способов фильтровой и нефильтровой очистки воды

4. Моделирование фильтров бытового назначения

5. Ознакомление с результатами исследований

1.История вопроса

1.1История Водоочистки, водопровода и канализаций

История фильтрования воды началась еще в Древнем Египте, тогда же и стали появляться первые канализации. Там для механической очистки воды применяли песок, толченую пемзу, губки, шерсть, хлопок-сырец, ткани, кору. Первое время стоял разве что вопрос придания питьевой воде дополнительных качеств. Мутную воду отстаивали, а в некоторых случаях даже приправляли ягодами, орехами, лепестками цветов, что

ароматизировало ее и давало приятный вкус. Со временем люди научились и стали применять простые химические препараты для очистки воды. Примером первых систем очистки воды является использование китайцами, пропитанной коагулянтом, тростинки камыша, помешивая которую, они добивались того, что различные примеси, например, глиняная муть, слеплялись и выпадали в осадок, а вода благодаря такой системе очистки становилась пригодной для питья. В античном мире также были свои системы очистки воды. Фильтрование воды с помощью тканевых мешочков (рукавов) широко применялось в этот период. Один из таких приборов очистки воды вошел в историю медицины под названием «рукав Гиппократа». Эта система очистки воды документально зафиксирована историческими источниками и историей медицины, которые датируются V-VI веками до н.э. С давних времен дошли свидетельства об использовании систем очистки воды с применением кипячения воды (дезинфекции), воздействия солнечных лучей, металлов с бактерицидными свойствами. Интересно, что подобные технологии в системах очистки воды применяли в давние времена и народы, которые жили на территории Украины.  Интересные факты дошли до нас из Средневековья, когда увеличение населения и потребности в чистой питьевой воде подтолкнули европейских изобретателей к созданию фильтров по очистке воды. В этих фильтрах вода очищалась, проходя через слои песка, щебня и древесного угля. Такого типа фильтрование применил венецианский изобретатель в одной из первых действующих систем очистки воды, о чем оставил письменные свидетельства. Он указал, что пытался лишь воспроизвести в системе очистительные процессы, которых испытывает вода в природе. Подобные очистные системы применяли и инки. Со временем, когда губительное антропогенное воздействие на водные источники возросло, этого уже стало мало, и человечество стало искать решения, которые усовершенствовали бы системы очистки воды и улучшили бы качество питьевой воды.  В разных частях мира началось строительство специальных сооружений, предназначенных для накопления, хранения и очистки воды.

Водопровод, сработанный еще рабами Рима, сегодня известен всем. Но дело не в простой подачи воды из пункта А в пункт Б, а в разветвленной и продуманной системе ее распределения в огромном городе. Не только Древний Рим, но и Междуречье, Древний Египет, не говоря уже о Греции или Китае, были знакомы с канализацией. Их туалеты отличались от наших лишь материалом, из которого изготавливались сидения(тогда это был мрамор и известняк)¹ http://www.pumpsinfo.ru/2005_3/41_2005_3_b.html

В Древнем Риме археологами был найден общественный туалет со сливом, который вел в резервуар-клоаку, который очищали по мере надобности. Эпоха античности закончилась нашествиями варваров - кровопролитными войнами и огромными разрушениями, в том числе и канализаций. Результат не заставил себя долго ждать: бичом средневековья стали эпидемии, уносившие с собой сотни тысяч жизней. И причиной этому являлся поток нечистот, который лился прями в питьевую воду. К тому же мудрецы утверждали, что думать нужно, в первую очередь о душе, а соблюдение гигиены - это пустое. Из-за люди толпами умирали от чумы. Позже, в эпоху просвещения люди стали задумываться о собственной гигиене, и думали бы, наверное, еще пару веков, если бы не эпидемия холеры 1830-го года. Вследствие чего власти стали серьезно задумываться об установлении централизованной системы канализации. На Руси система немного отличалась от

европейской -было больше деревянных деталей, но в целом, она очень напоминала римскую. Впервые система канализации появилась в Киеве и Великом Новгороде, а система водоснабжения в 15-том веке в монастыре на Соловках. По документам соловецкого монастыря в 15-том веке упоминаются так же такие устройства, как трубопровод с насосом для разливки кваса; машина на водяной тяге, которая сама загружалась рожью и отвозила ее на сушку. Все это было придумано ради того, чтобы во время осады в крепости не заканчивалась питьевая вода(раньше сперва атакующие перекрывали проход питьевой воды, тем самым вынуждая крепость сдаться). В отличие от Европы воины не разрушили «культуру канализаций», поскольку татаро-манголы были прекрасно осведомлены, что чистота-залог здоровья. Но вот в эпоху Ивана Грозного, в смутное время, все позабыли о поддержании достойного состояния «отхожего места» (как туалет называли в народе), и сразу, как в Европе начался мор. И уже лишь при Петре Великом возобновились канализации, но лишь в Санкт-Петербурге и то не слишком успешно. При Екатерине II: вдоль центральных улиц прокапывались широкие траншеи, в которых выкладывались кирпичные трубы для стока дождевых вод.  В течение всего XIX в. город продолжал строить под улицами взамен открытых канав закрытую деревянную (она была дешевле кирпичной) сточную сеть для отвода дождевых вод. Мало-помалу домовладельцы, чтобы сэкономить на вывозе нечистот, стали подсоединять домовые сточные трубы к уличным и спускать туда содержимое выгребных и помойных ям. Деревянные трубы местами прогнивали - и почва пропитывалась помоями и фекалиями. Реки и каналы, куда все это в итоге попадало, превращались в открытые коллекторы своеобразной петербургской канализации. Позже Государственная Дума наняла английского инженера Линдея, которому поручила разработать систему. Он затратил на нее 4года, а потом проект переводили 3 года и 15 лет проходил экспертизу. А в итоге был просто отвергнут. В годы Первой мировой войны доработка проекта современной канализации в Петрограде продолжалась. К этому времени создание сети уже началось: строились кирпичные и бетонные резервуары-коллекторы, бетонные трубы. Работу над созданием современного фекалепровода в Петрограде прервала Октябрьская революция. Лишь к 1930-1931 гг. Ленинград в основном завершил восстановительные работы в своем городском хозяйстве. На тот момент около 530 улиц протяженностью свыше 300 км вовсе не имели никакой канализации - только канавы. Существующая же канализация (700 км) была рассчитана на прием дождевых вод, но не фекалий. И постоянно засорялась последними. Трудно поверить, но до конца 70-х годов минувшего века Ленинград, не имел очистных сооружений. И ежедневно миллионы кубов мутных стоков со всем естественным содержимым шуровали в Неву, канал Грибоедова, Обводный, реки Черную, Ждановку и т.д. и т.п. Затем все это концентрировалось в Невской губе, часть оседала на дно, а часть через Финский залив мигрировала в открытую Балтику. Вот почему финнов и шведов так волнует состояние питерской канализации. Только в 1978 году на намытом из донного песка острове Белом была пущена в эксплуатацию Центральная станция аэрации городского Водоканала. http://spb300.osis.ru/vek20/F20/1971-1980/1978.shtml

1.2.Сколько воды требуется человеку и где ее взять?

Проведя, исследование по необходимому количества воды человеку дома мы выяснили, что данное количество равняется примерно 350 литрам в сутки (по данным наблюдения 5-ти семей)¹. Сюда входят хозяйственные нужды и естественные нужды и потребности человека в домашних условиях. Следовательно, в год человек тратит от 130000 литров воды, если средняя продолжительность жизни человека составляет около 65 лет, то тогда за всю жизнь человек тратит более 1731925000 литров воды. Но в наши подсчеты не входили уборка общественных помещений, справление естественных нужд вне дома, орошение плодородных почв, использование воды в промышленных целях и многое другое.

Наша планета на две трети² состоит из воды и общие мировые запасы воды огромны и, разделив их, на всех жителей планеты, то на каждого бы пришлось по 200миллиардов литров. Не смотря на это, 97% водных ресурсов приходится на долю океанов, в которых вода слишком соленая и не пригодна для питья, выращивания сельскохозяйственных культур и промышленного производства. Пресной воды у нас только 31млн. км³.

Существуют 2 источника пресной воды, которые человек активно использует: грунтовые воды и поверхностный сток-это примерно 0,6-1%. Так же довольно большое количество воды находится в горных ледниках, полярных снегах и айзбергах(96%³). Безусловно можно преобразовывать соленую воду в пресную методом выпаривания, как это описывал Жуль Верн в своих книгах, но тогда возникает вопрос куда же девать такое огромное количество соли и что станет со всеми обитателями морских глубин? Исходя из этого, гораздо продуктивнее производить очистку загрязненных вод.

1.3. Откуда Санкт-Петербург берет воду?

Нева-это главная водная артерия Северо-запада России. Она берет свое начало в Шлиссельбургской губе ладожского озера и впадает в невскую губу Финского залива. Нева-это самая полноводная река, впадающая в Финский залив, и во многом именно благодаря ей его воды- почти пресные. Несмотря на то, что Нева имеет относительно небольшую протяженность(всего 74 км), ее бассейн составляет 281 тыс. км³. В Неву впадают 26 небольших рек, среди которых Маг, Тосна, Ижора, Славянка (они впадают с ее левого берега) и Охта( впадает с правого берега). Именно благодаря этому на Неве нет ежегодных половодий и паводков, в отличии от других равнинных рек. Помимо этого притоки так же оказывают существенное влияние на качество воды. Нева является важнейшим источником воды для жителей Санкт-Петербурга и промышленности города.

1.4. Чем загрязняется вода?

Водоемы загрязняются сточными водами промышленных и коммунальных предприятий, при заготовке, обработке и сплаве лесоматериалов, водами шахт, рудников, нефтепромыслов, выбросами водного, железнодорожного и автомобильного транспорта.

Широкое применение синтетических моющих средств в быту и промышленности приводит к их увеличению их концентрации в сточных водах. Так же опасными загрязнителями водоемов являются соли тяжелых металлов – свинца, железа, меди, ртути.

Природная вода обладает способностью к самоочищению под влиянием естественных факторов: солнечного света, атмосферных газов, жизнедеятельности организмов-бактерий, грибов, зеленых растений, животных. В процессе естественного самоочищения при многократном разбавлении стоков чистой водой в реке через 24 часа остается около 50% бактерий, а через 36 часов лишь 0,5%. Но вот при сильном загрязнении самоочищения не происходит из-за гибели организмов и нарушения естественных биологических процессов. Поэтому в зависимости от степени и характера загрязнения применяют специальные методы очистки сточных вод: механические, химические, физические и биологические.

1.5 Каким образом загрязняется вода в Санкт-Петербурге?

• Сточные воды попадают с промышленных предприятий прямо в реки, пройдя лишь очистку непосредственно на предприятии, вследствие чего невозможно гарантировать качество такой воды.

• Ливневые и поливомоечные воды. Дожди и тающий снег смывают с улиц города грязь и приносят ее либо на очистные сооружения либо в водоемы города.

• Свалки бытовых отходов, загрязнения почв так же серьезно влияют на состояние воды в реках и водоемах. Из-за атмосферных осадков рано или поздно загрязнители оказываются в главной водной артерии города - Неве.

1.6.Требование к качеству воды.

Требования к качеству питьевой воды описаны в ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая»; а качества воды, попадающей с предприятий, сведены в таблицу.

1.7.ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга»

Первой водоочистительной станцией водоканала стала ЦСА, затем, в 1986году, началось строительство Юго-Западных очистных сооружений, а позже была построена Северная Станция Аэрации (ССА). Они являются крупнейшими очистными сооружениями Санк-Петербурга.

В систему канализования Санкт-Петербурга входят: 

• канализационная сеть – 8099,4 км

• тоннельные коллекторы – 229,12 км

• канализационные насосные станции (КНС) – 134

• очистные сооружения различной производительности – 14

• заводы по сжиганию осадка – 3

Водоснабжение Санкт-Петербурга осуществляется из поверхностных и подземных источников.  Основным источником водоснабжения является река Нева.  Из Невы забирается более 96% воды, которая проходит обработку на 5 наиболее крупных водопроводных станциях: 

• Главная водопроводная станция (ГВС)

• Северная водопроводная станция (СВС)

• Южная водопроводная станция (ЮВС)

• Волковская водопроводная станция (ВВС) 

• Водопроводные очистные сооружений (ВОС) г.Колпино 

Система водоснабжения Санкт-Петербурга – это комплекс взаимосвязанных инженерных сооружений, обеспечивающих бесперебойную подачу потребителям питьевой воды. В состав комплекса входят 4 водопроводных станции в городе, 5 водопроводных станций в пригородах, 200 повысительных насосных станций, сеть трубопроводов протяженностью 6 518,4 км. 

По данным Водоканала, в 2008 году в городе на Неве было очищено 821,7 миллионов кубических метров сточных вод. А протяженность канализационной сети составила 7936,4 километров, водопроводной - 6391,4. Помимо централизованного водоснабжения, водоподготовки, водоотведения и очистки стоков, петербургский Водоканал занимается и работами по эксплуатации фонтанов и фонтанных комплексов; реконструкцией, капитальным ремонтом и эксплуатацией общественных туалетов.

Среднесуточная подача питьевой воды в Петербург в 2008 году составила 2168,9 тысяч кубических метров, а потери при транспортировке воды составили 10,4%.

В ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» используют новейшие методы очистки и обеззараживания воды. Вся питьевая вода, поступающая в город, проходит обработку ультрафиолетом, что обеспечивает ее эпидемиологическую безопасность; в процессе обеззараживания воды не используется жидкий хлор, он заменен безопасным и нетоксичным в производстве гипохлоритом натрия. Еще одна технология, вот уже более двух лет используемая Водоканалом, – это система дозирования порошкообразного активированного угля (ПАУ), обеспечивающая удаление запаха и нефтепродуктов. К этому можно добавить озонирование, взаимодействуя озон с химическими и микробиологическими веществами превращается в обычный кислород. Так же существует биомониторинг, который осуществляют раки, а с недавнего времени и улитки.

Приложения

Приложение №1.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ВОДА ПИТЬЕВАЯ

ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ И КОНТРОЛЬ  ЗА КАЧЕСТВОМ

ГОСТ 2874-82

ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ

Москва

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР      ВОДА ПИТЬЕВАЯ

ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ И КОНТРОЛЬ      ЗА КАЧЕСТВОМ

Москва

Drinking water. Hygienic requirements  and quality control.  ГОСТ 2874-82

Настоящий стандарт распространяется на питьевую воду, подаваемую централизованными системами хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также централизованными системами водоснабжения, подающими воду одновременно для хозяйственно-питьевых и технических целей, и устанавливает гигиенические требования и контроль за качеством питьевой воды.

Стандарт не распространяется на воду при нецентрализованном использовании местных источников без разводящей сети труб.