Индивидуальный проект "Как сохранить пресную воду?"

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение средняя школа №3

Итоговый индивидуальный исследовательский проект

по химии

тема: «Как сохранить пресную воду?»

Выполнил:

ученица 9 «Б» класса

Коневич Артем

Руководитель:

Аладьина Елена Николаевна

учитель химии

р. п. Ильиногорск 2022 г.

Содержание

Введение

Актуальность: Вода – источник жизни. Она жизненно необходима человеку для его нормальной жизнедеятельности. Но проблема в том, что человек потребляет в основном пресную воду и ежедневно ему требуется от 20 до 50 литров воды для питья, приготовления пищи и личной гигиены. По разным подсчётам доля пресной воды в общем количестве воды на Земле составляет 2, 5—3 %. Около 85—90 % запасов пресной воды содержится в виде льда. Объём потребления пресной воды со временем только увеличивается, а её запасы уменьшаются. Рано или поздно человечество истощит все запасы легкодоступной пресной воды на земле. Поэтому, наша задача всеми силами пытаться сохранить пресную воду и обеспечить ею не только себя, но и своих потомков.

Проблема: Человеку требуется ежедневно большое количество пресной воды для нормальной жизнедеятельности, однако он использует её не рационально, не задумываясь о том, что рано или поздно её запасы иссякнут.

Гипотеза: Возможно, если человек изменит своё отношение к воде, как к ресурсу, то он сможет сохранить её богатство не на одну сотню лет.

Цель: Узнать о проблеме использования пресной воды человеком и подготовить буклет с рекомендациями по экономии пресной воды в быту и производстве.

Задачи:

1. Выяснить какую ценность имеет пресная вода для человека.

2. Подсчитать объём потребления пресной воды в мире.

3. Узнать причины гигантских затрат пресной воды.

4. Подготовить рекомендации по рациональному использованию пресной воды человеком.

Проектный продукт: Буклет с рекомендациями по экономии пресной воды в быту.

Глава 1 Теоретическая часть

1.1.Откуда на земле взялась вода?

Откуда на нашей планете взялась вода? Это одна из самых крупных загадок науки. Когда мы думаем, откуда на земле взялась вода, это не так просто, потому что мы полагаем, что все структурные элементы земли, скорее всего, были совершенно сухими. По одной из теорий воду на землю могли принести кометы. Замороженные отходы внешней солнечной системы, они в основном состоят изо льда. В течение 600 млн. лет на молодую землю обрушивались сотни миллионов комет, принося с собою замороженную воду. Это происходило уже после завершения формирования Земли, что может объяснить тектонические особенности. Однако, изучив состав пролетающей мимо земли кометы, учёные обнаружили, что она содержит водород, который в два раза тяжелее земного. Дальнейшие изучения комет показали схожие результаты, поэтому теперь более вероятно, что кометы сами по себе не могли способствовать образованию океанов. Годами учёные верили этой теории, но доказательства говорят, что это невозможно. Вторая теория гласит, что некогда Земля была расплавленным огненным шаром, который, излучая тепло в пространство, постепенно остывал. Появилась первородная кора, возникли химические соединения элементов и среди них соединение водорода с кислородом, или, проще говоря, вода. Пространство вокруг Земли все более заполнялось газами, которые непрерывно извергались из трещин остывающей коры. По мере охлаждения пары образовывали облачный покров, плотно окутавший нашу планету. Когда температура в газовой оболочке упала настолько, что влага, содержащаяся в облаках, превратилась в воду, пролились первые дожди. Тысячелетие за тысячелетием низвергались дожди. Они-то и стали тем источником воды, которая постепенно заполнила океанические впадины и образовала Мировой океан. Окончательную точку в этом споре не может поставить никто, наши представления об окружающем мире еще во многом фрагментированные. Но наиболее правдиво выглядит именно вторая теория.

1.2. Какое значение имеет вода для организма человека?

Для чего организму человека потребовалась вода? Во-первых, она составляет большую часть нашего тела. Больше всего влаги есть в человеческом эмбрионе. Зародыш будущего человека – это приблизительно 97 % воды. Немного меньше, в пределах 92 % жидкости, содержится в теле новорожденного. Подростки – это уже 80 % воды, а взрослые «наводнены» на 70-75 %. Меньше всего Н2О в организме людей преклонного возраста – только 60 %. Пожалуй, вода - единственное вещество, на отсутствие которого организм реагирует очень быстро и сразу же серьезными последствиями. Считается, что без пищи человек может продержаться несколько недель. Дефицит витаминов, микро- и макронутриентов вызовет негативные последствия также через некоторое время. Но достаточно всего на несколько дней отказаться от воды, чтобы организм дал понять: это катастрофа. Во-вторых, вода участвует практически во всех биохимических процессах, происходящих в организме человека. Она нормализует пищеварение и помогает организму лучше усваивать пищу; участвует в терморегуляции, помогая сохранять тепло и поддерживать нормальную температуру тела; улучшает работу головного мозга; помогает выводить из организма токсины и соли; играет роль смазки для суставов - синовиальная жидкость, которая необходима суставам для свободного и безболезненного движения, это в основном вода плюс небольшое количество гиалуроновой кислоты. Недостаток воды приводит к пагубным последствиям для организма. Дефицит воды в организме способен повышать риск развития артритов и артрозов, нарушает работу мочевыделительной системы и затрудняет полезные процессы «самоочищения» организма, приводит к повышенной вязкости основных жидкостей организма, в первую очередь крови. А это ― повышенный риск инсультов, инфарктов, тромбозов и т.д. При дефиците воды становится излишне концентрированным желудочный сок, что способно приводить к развитию гастрита с повышенной кислотностью и даже язвы желудка. Перечисленные примеры являются одними из многих последствий, к которым приводит дефицит воды в организме.

Итак, мы выяснили, что вода составляет большую часть нашего организма, участвует практически во всех биохимических процессах, происходящих в организме, и при её недостатке приводит к печальным последствиям. Это и объясняет “тесную дружбу” между человеком и H2O.

1.3. Каковыми водными ресурсами обладает земля?

Так сколько воды на земле? Если мы посмотрим на глобус, то в глаза сразу бросится огромная область голубовато-синего цвета. Только 29% от общей площади Земли, занимает суша, остальной процент, составляют моря, океаны, озера и реки. Общее количество воды на планете огромно. Если собрать всю земную воду в каплю, то диаметр капли составит около полторы тысячи километров. По подсчётам учёных общий объём воды на Земле — около 1,39млрд. км³. Но вся это вода разбросана по всей земле в самых разных объёмах. Приблизительно 2 % водных запасов – пресная жидкость, хранящаяся в ледниках на Северном и Южном полюсах. Они могли бы стать средством для утоления жажды, если бы не одно «но» – далекое расположение от места обитания людей. Немного больше 1,5 % от всех запасов составляют подземные воды, а 0,001 % влаги хранится в облаках. И только менее 1 % резервов Н2О реально доступно людям. Но и это еще не все водные запасы Земли. Больше 6 тысяч км куб. жидкости содержится во всех живых организмах на планете. А это растения, животные и мы с вами. Ведь помним, что человек – это 60-70 % Н2О. Если рассчитать процентное соотношение всей воды на планете, то получится, что: 97,54 % – это океаны; 1,81 % – ледники; 0,63 % – подземные воды; 0,009 % – реки и озера; 0,007 % – соленая вода на материках; 0,001 % – вода в атмосфере. Однако из всего этого обилия воды, лишь 2,5% воды от общего объёма пригодна для питья. Остальные 97,5% – это соленая субстанция, насыщенная разными минералами и химическими соединениями. Теоретически человек может использовать ее для питья после очистки от примесей. Но на практике это довольно трудно и крайне дорого. Мы ещё вернёмся к этому вопросу ниже. А пока мы выяснили, сколько в нашем распоряжении пока ещё находится воды, разумеется, в пределах нашей планеты.

1.4. Как человек использует воду и когда она закончится?

Представленный в этой главе вопрос, должно быть, терзал многих людей и не раз. Для начала узнаем, как человек использует воду и в каких количествах. Сразу на ум приходит употребление воды в пищу. Ежедневно человеку нужно выпивать 1,5-2 л. воды. На сегодняшний день на земле проживает 7,97 млрд. человек. Путём несложных вычислений мы получаем цифру около 16 млрд. л. воды в день, уходящей лишь на питьё. Эти цифры поражают, не смотря на то, что они не очень точные. Однако это не единственный способ распоряжения водой. Личную гигиену не совершить без воды. На умывание требуется на одного человека до 10 литров воды, при использовании туалета в доме с принужденной канализацией – до 45 литров ежедневно, на купание отводят в среднем до 190 л. С помощью воды хозяева справляются с уборкой помещений. Подсчитано, в среднем на мытье посуды, полов, окон, стирку, полив комнатных цветов в сутки уходит до 180-200 литров воды. Воду используют широко на сельских угодьях, в земледелии. Также ежегодно в сезон расходуют воду в больших количествах для полива огородов и садов дачники. Ею поят скот, на один только крупный рогатый скот уходит 35-80 л. в день. Широко используется вода в области химии, как растворитель и разбавитель многих веществ, в промышленности, например, горнодобывающей и нефтяной промышленности. Воду широко используют в производстве: для выплавки стали, производства одежды, книг, косметики и т.д.

Вот ежедневный расход воды человеком, для удовлетворения некоторых его потребностей:

• Один человек в сутки - 200-300 л воды

• Производство 1 т сахара ­– 1 т воды

• Производство 1т стали – 150 т воды

• Производство 1 т бумаги – 250 т воды.

Люди используют очень много воды. Население земли ежедневно потребляет 7 млрд. тонн воды. Из этого вытекает следующий вопрос: “Насколько нам хватит земных запасов воды?” Вероятно, вода на земле никогда не кончится; скорее солнце взорвётся и уничтожит нашу галактику, чем это произойдёт. Однако человечество неминуемо должно столкнуться с дефицитом воды. Всё очень непросто. Мы выяснили, что на нашей планете содержится около 3,386 млрд. км³ воды; пресной, т.е. пригодной для применения человеком, от этого количества всего 3% или 35 млн. км³; теперь придётся вычесть ледники на полюсах – получилось ещё в 4 раза меньше воды, около 10 млн. км³; но эта вода спрятана под землёй, а мы используем воду из рек и озёр, и вот этой легкодоступной воды всего 0,1 млн. км³. А как насчёт круговорота воды в природе? Вода из океана испаряется, а с дождём выпадает уже пресной. Именно так она накопилась в водоносных горизонтах – это пористые слои-карманы под землёй. Из них бьют источники и рудники. Но ведь большая часть дождя падает в море (70% поверхности), тем более, что она задерживается в виде конденсата над землёй. Можно, конечно, очищать воду. Сейчас уже тысячи заводов опреснителей обеспечивают 300 млн. человек в засушливых странах водой, но им это обходится гораздо дороже. То же самое с водой с ферм и заводов. Часть её возвращается в природу, но теперь её тоже нужно очищать и обрабатывать. Глядя на приведённые выше цифры потребления воды, становится ясно, почему скоро вода станет дефицитной. Уже сейчас более 2 млн. человек ощущают недостаток воды. Вот почему в будущем мы будем мыться без воды, специальными гелями – нанёс и обтёрся. А стирать одежду в супер экономных паровых шкафах и без стиральных машинок. Выходит, что мы окружены водой, но не всегда можем её использовать.

1.5. Методы получения пресной воды.

Что вообще подпадает под понятие пресной воды? Пресная вода – это вода, содержащая менее 0,1% соли. Химический состав пресной воды в зависимости от её нахождения разный, но, в общем, у неё есть такие элементы с определённой нормой содержания на литр воды:

• K – 2-40 мл

• Na - 2-40 мл

• Mg – 5-50 мл

• Ca – 25-80 мл

• Cl - не более 150 мл

• - не более 150 мл

• – 30-400 мл

• F - 0,6-1,2 мл

Теперь мы посмотрим, как можно получить пресную воду из солёной. Первый способ лежит в основе круговорота воды в природе. Под действием солнца вода испаряется и превращается в водяной пар, поднимается в небо, охлаждается и падает под действием гравитации. И это уже может считаться питьевой водой, т.к. вода легче солей, содержащихся в ней, поэтому соль остаётся внизу, а вода испаряется. Но лучше провести дистилляцию или термическое опреснение. Это происходит так: в бак заливается солёная вода; с помощью нагревателя она превращается в пар; пар в специально баке подвергается конденсации; капли стекают в ёмкость, с которой вода готова к потреблению.

Следующий способ – это ультрафильтрация или обратный осмос. Этот метод очистки имеет хорошие перспективы в будущем, т.к. очень хорошо и не дорого фильтрует воду, его установки не занимают много места, а также можно запустить автоматизированные линии. Процесс прост: в бак заливают солёную воду; под давлением раствор проходит через мембрану, которая не пропускает соли. На выходе получаем пресную воду.

Далее идёт электролиз. Это выгляди так: у нас есть два разноимённых электрода и две мембраны – одна катионообменая, а вторая анионнообменная; вдоль протекает солёная вода, которая проводит электрический ток. Вода является электролитом, а значит, в ней происходит электролитическая диссоциация – процесс распада электролита на ионы. Мембраны пропускают катионы и анионы, а посередине протекает пресная вода.

Можно вымораживать пресную воду. Вымораживание пресной воды из морской происходит путем охлаждения последней до кристаллизации влаги. Из полученных кристаллов получают пресную воду.

Химический метод опреснения заключается в добавлении специальных реагентов на основе серебра или бария. При контакте с соленой водой, реагенты превращают растворенные в ней ионы соли (сульфаты, хлориды) в нерастворенные, и они выпадают в осадок. Дороговизна и токсичность химической реакции не позволили широко использовать метод.

Из общего количества опресненной воды в мире 96% получены дистилляционным методом, 2,9% — это электродиализ, 1% — обратный осмос, 0,1% – вымораживание, химические реагенты.

1.6. Экономия пресной воды.

Теперь я опишу, как можно экономить пресную воду. Как можно экономить воду в бытовых условиях всем известно, однако почти никто не старается экономить воду. Например, можно выключать воду во время чистки зубов и намыливании посуды. Принимать душ можно также как и моряки. Вода включается на короткий промежуток, затем моряк намыливает тело и голову и вода снова подаётся в течение минуты. Раз это позволяет экономить воду на корабле, то поможет экономить и дома.

В Бразилии одно время показывали занимательную рекламу. В анимационном рекламном ролике продемонстрировано, как различные персонажи, среди которых затесались инопланетяне, роботы и лягушки, писают в душе под веселую музыку. Заканчивается ролик, призывом "Мочитесь в душе, спасем тропический лес!". Таким образом, компания SOS Mata Atlantica, занимающаяся проблемами окружающей среды, пытается с помощью юмористических роликов призвать бразильцев экономить воду. SOS Mata Atlantica предлагает согражданам в ролике, который идет в эфире нескольких телеканалов, не смывать воду в туалете. Если домохозяйство хотя бы раз в день не будет спускать воду в туалете, то экономия воды за год составит 4380 литров.

Ещё можно установить аэратор на смесители. Наличие аэратора на смесителях позволяет обогащать воду кислородом, создавать более стабильный поток и меньше расходовать воду в целом. Также существуют специальные стиральные машинки и посудомойки, которые экономят вдвое меньше воды.

Теперь я опишу, как экономят воду промышленных масштабах. Основными путями улучшения водоснабжения промышленных предприятий являются разработка новых технологий, характеризующихся сокращением потребляемой воды и образующихся загрязненных стоков, либо полным исключением воды из технологических операций; создание локальных систем обезвреживания стоков отдельных производств, включающих извлечение из них и утилизацию ценных компонентов, подготовку очищенной воды к повторному использованию; организация замкнутых водооборотных систем, включая сбор и использование очищенных сточных вод, паводковых вод и атмосферных осадков с территории предприятий. Сложный физико-химический состав сточных вод, разнообразие содержащихся в них соединений и их взаимодействие друг с другом делают невозможным подбор универсальной структуры бессточных схем, пригодных для применения в различных отраслях промышленности. Существенное снижение водопотребления может быть достигнуто комбинированием технологических процессов, сокращением потребления реагентов, повторным использованием охлаждающей воды (оборотное водоснабжение). Экономически целесообразна децентрализация оборотного водоснабжения на действующих предприятиях с подключением к оборотным системам ограниченного числа технологических установок. Раздельные системы канализации: ливневая, хозяйственно-фекальная, условно чистая для ливневых и производственных вод - позволяют распределять сточные воды с учётом степени их загрязнённости, качества и свойств загрязнителей, выбирать наиболее оптимальные и дешёвые методы очистки. Некоторые типы вод, например, щелочные и кислые, целесообразно отводить в одну систему для их взаимной нейтрализации и экономии реагентов. Сточные воды, содержащие нефтепродукты, не следует смешивать со сточными водами, содержащими вещества, способные образовывать трудно разрушаемые эмульсии, стойкую пену или увеличивать потери от испарения.

Глава 2 Практическая часть

В ходе своей работы, я решил провести анкетирование учащихся моего класса и задать следующие вопросы:

1. Много ли вы тратите воды в день?

2. Экономите ли вы воду?

3. Известны ли вам способы экономии воды?

4. Знакома ли вам проблема нехватки воды в некоторых странах мира?

5. Вы осознаёте важность H2O для жизни человека?

6. Считаете ли вы, что земного запаса воды хватит вам и вашим близким на всю жизнь?

7. Будете ли вы экономнее использовать воду?

Результаты анкетирования приведены в диаграммах:

В ходе опроса выяснилось, что около половины анкетируемых ежедневно потребляет большое количество воды. Однако большинству известны способы экономии воды, а так же проблема её нехватки в некоторых странах, при этом 65,6% опрошенных считают, что воды им хватит на всю жизнь. Но всё же подавляющее большинство учащихся осознаёт важность воды и экономит её в условиях домашнего быта. В итоге ¾ опрошенных ответили, что будут экономнее относиться к потребляемой ими ежедневно воде, и, вероятно, если они продолжат такую политику, то воды им хват действительно на всю оставшуюся жизнь. Я надеюсь, что и остальные люди в мире осознают ценность пресной воды и будут экономить её ради светлого будущего нашей цивилизации.

Заключение.

В данном проекте была рассмотрена проблема истощения запасов легкодоступной пресной воды на нашей планете. Оказалось, что вода с нами очень давно и существовала на земле в течение сотен миллионов лет. Она играет огромную роль в жизнедеятельности человека, но запасы легкодоступной пресной воды сильно ограниченны, и если они иссякнут, человек будет вынужден бороться за каждую каплю воды в условиях её дефицита. Человек ежедневно тратит гигантское количество H₂O. Я рассмотрел способы получения и экономии пресной воды, а так же провёл анкетирование учащихся нашей школы. Результаты анкетирования показывают, что большинству опрошенных знакома и не безразлична проблема, которую я поднял в своём проекте. Я надеюсь, что все люди в мире обеспокоятся этой проблемой и займутся её решением, пока не стало слишком поздно.

Перечень используемых источников:

• https://www.youtube.com/watch?v=eE0Cog0CC7s

• https://историиземли.рф/otkuda-vzyalas-voda-na-zemle.html

• https://zdravcity.ru/blog-o-zdorovie/voda-dlya-polzy-tela/

• https://infourok.ru/beseda-otkuda-i-kak-poyavilas-voda-2057598.html

• https://foodandhealth.ru/komponenty-pitaniya/voda/

• https://www.kakprosto.ru/kak-809812-kak-chelovek-ispolzuet-vodu

• https://www.youtube.com/watch?v=SoJLrxajTQ4

• https://www.youtube.com/watch?v=cM-oY9xzyT0&list=WL&index=1

• https://mentamore.com/eko-frendli/opresnennaya-voda.html

• https://www.youtube.com/watch?v=aQrLjTIZMAM&list=WL&index=2

• https://www.proektant.kz/content/2336.html

9