0028: Как правят водата за пиене (Kak pravyat vodata za piene)?

Интересно би било да изясним защо е необходимо да се прилагат специални мерки, за да се направи една вода питейна и защо не можем да я пием такава, каквато е в природата? Причината е в това, че днес едва ли може да се намери действително чиста вода, която да е годна директно за консумация, без предварително пречистване.
Най-чистият източник на вода е снега, а след него идва дъждовната вода, но в нея вече могат да се открият разтворени газове от въздуха и следи от въглеродна киселина, хлориди, сулфати, нитрати и амоняк. Даже водата в планинските ручеи и езера може да съдържа в себе си неорганични соли.

Водата в реките и водоемите (езера, язовири, блата) в низините обикновено е доста силно замърсена. Изворната и кладенчовата вода се профилтрира от земята и затова е съвсем чиста, но в нея също могат да се съдържат неорганични соли. Излиза, че всяка вода, която пием, трябва в една или друга степен предварително да се очиства.

За тази цел съществуват много начини. Един от тях е най-обикновеното отстояване в резервоар или басейн, като при това в нея протичат определени процеси. Твърдите вредни вещества се утаяват на дъното, процес, който химиците наричат отпадане в утайка. В същото време се обезвреждат и много бактерии.
Но метода на отстояване не гарантира пълно очистване. За по-доброто утаяване на вредните вещества е нужно да се добавят някои химикали и в добавка да се приложи аерация, за да се отстранят привкуси, миризми и разтворените газове. Отдавна е установено, че с филтрация през пясък се очистват не само замърсяванията, но и бактериите.

Възоснова на това са разработени различни методи за филтриране на водите с помощта на пясък, в т.ч. и такива, които протичат сравнително бързо. Но вкрайна сметка, общо приетия начин за очистване на вода е евтиното, бързо и ефективно хлориране. На 4 млн литра вода се добавят 2 кг хлор. Това е напълно достатъчно да се унищожат по-голямата част от опасните бактерии, които се съдържат във водата за пиене.
-------------------------------------------------

Ручеи имат значение за кръговрата на водата в околната среда.

Ручей е малък водоток в естествени природни условия, по-малката сестра на реката, с ширина от няколко сантиметра до няколко метра. Ручеите са важни за околната среда, като специфични канали на кръговрата на водите, вид инструменти за дълбочинен дренаж и отток на подземните води.
Те изпълняват също и роля като коридори за рибите и миграция в дивата природа. Биологичната среда за обитаване в непосредствена близост до ручеите се нарича крайбрежна зона.

Отчитайки статута на ставащото халоценно измиране (халоцен - съвременната историческа епоха, в която живеем в момента, след мини ледниковия период от преди 9600 години и до днес), ручеите играят важна роля в съединяването на фрагментираните местообитания и следователно, за съхранението на био-разнообразието в околната среда.

Подробното изучаване на ручея, като водна артерия с много, разнообразни и неподозирани функции, както и на другите водни пътища е предмет на повърхностната хидрология, основен елемент на екологичната география.
-------------------------------------------------

Как се разпределят водните ресурси по земята?

По Земята, практически, навсякъде има вода, само че на едни места е повече, а на други - по-малко. Повечето от водата се намира в океаните и едва три стотни от нея може да се намери в един слой около пет километра под повърхността на земята и около десет километра над нея.

Но точно тези три процента са прясната вода на планетата и те са около 36 кв. километра, от които са достъпни за ползване едва 0,3%. На теория водните ресурси са неизчерпаеми, тъй като при рационалното им използване, те непрекъснато се възобновяват в процеса на влагооборот.
Но сега потреблението на вода расте с такива темпове, че вече в много страни се усеща нейният недостиг. От друга страна, голяма опасност представлява замърсяването на околната среда, а в т.ч. и на повечето води, което ги прави негодни най-малкото за консумация, а и за някои други нужди.
От друга страна, водата е абсолютно неразрушимо вещество и даже някои учени предполагат, че от първоначалното образуване на водите върху Земята, общото им количество не се е променило нито с грам. Освен това водата способства, в началния период на живот на планетата ни, и за нейното окръгляне по метода на водната ерозия.
В днешно време водите на Земята са нито по-малко, нито повече от момента на нейното сътворяване. Единственият проблем е в тяхното рационално използване и рециклиране. Ако постигнем този ефект, повсеместно и във всяка земна дейност въведем принципа на затворения водооборот и очистване, проблеми с водата няма да имаме.
-------------------------------------------------

Аномална топлоемкост на водата.

Широкото приложение на водата като охладител в промишлеността и бита се обяснява не толкова и не само с нейната достъпност и ниска цена. Истинската причина трябва да се търси в нейните физически свойства и особености.

Различни изследвания показват, че водата има една много важна и забележителна способност - високата топлоемкост. Поглъщайки огромно количество топлина, самата тя не се нагрява съществено.
Относителната топлоемкост, на това чудо на природата, е пет пъти по-голяма отколкото при обикновения пясък и около 10 пъти повече, отколкото при желязото.
Така, способността на водата да натрупва големи количества топлинна енергия позволява да се изглаждат резките температурни колебания на земната повърхност в различните сезони през годината, а също и в различните часове на денонощието.

Благодарение на това, течността, известна още като H2O, е основен регулатор на топлинния режим на нашата планета. А благодарение на това ние можем да се глезим в едни сравнително комфортни климатични условия.
В противен случай, живота ни щеше да бъде доста и доста по-суров и изобщо нямаше да ни е за завиждане. Но освен за климата като цяло, тази висока топлоемкост може да се използва в промишлеността и бита. Например, като отопление за през ноща или даже за през зимата.

Как?

Ами дълбоко под жилищната (офисната) сграда се прави голям, подземен басейн и се пълни с вода. Около басейна се създава серпентинна система за топлообмен. Така през горещите летни месеци топлината може да се отвежда до басейна и да го затопля. И обратно, през зимните месеци, топлината може да захранва отоплителната система на помещенията (парното).

По подобен начин, басейна може да се затопля и с евтина нощна електроенергия, а денем да отдава събраната енергия за отопление. Всичко това е трудно и даже невъзможно да се осъществи с други течности, особено с такава голяма ефективност.
Но тук интересния въпрос е, на какво се дължат тези аномални свойства за толкова голямо топлопоглъщане. Все още много тайни на природата са доста непостижими за нас. Засега.
-------------------------------------------------

Секрет на „Младата вода“ .

Да чукаш вода - не е чак такава безперспективна работа, както изясниха литовски учени. Наистина, вместо допотопно хаванче, секрета е в използването на дезинтегратор - своеобразна мелница със стремително въртящи се ротори.
Оказа се, че в активираната по този начин вода пъстървата, например, расте един път и половина пъти по-бързо. От всяка стотица на зърната на хайвера на пъстървата обикновено се появяват само 50 малки, а в активираната вода - 90. Тя повишава и реколтата на различните култури.
Засега учените не могат да обяснят напълно научно това явление. Предполагат, че молекулите на водата се обединяват в някакви вериги, които с течение на хилядолетия се удьлжават. По този начин, водата като че ли старее и по-бавно протича в тьканите на растенията и животните.
А преди стотици милиони години, когато на земята са бушували смърчове и урагани водата е била по-богата на енергия, по-млада. Рибите в нея са се развивали по-добре и са достигали огромни размери. Дезинтеграторът очевидно извършва същата работа - разрушава веригите на молекулите. И ето Ви секрета - млада вода.-------------------------------------------------

Едно от основните свойства на водата е да бъде разтворител.

Водата е превъзходен разтворител (течност, която има свойството да разтваря други вещества) за различни полярни вещества благодарение на силно изразената полярност и големия диполен момент на молекулите си. Към тях се отнасят йонните съединения, такива като солите, у които заредените частици (йоните) се дисоциират във водата, когато веществото се разтваря. 

Разтворими са и някои нейонни съединения, като например захарта и простите спиртове, в чиито молекули присъстват заредени (полярни) групи (-OH). На теория (при положение, че времето за разтваряне е неограничено) не съществуват вещества, които да са неразтворими във вода. И понеже Земята съществува от милиарди години, в природа не съществува химически чиста вода.

А с най-богат състав на разтворени в нея вещества е морската вода, което води до различие на нейните свойства по отношение на прясната (несолена) вода. При това, промяната на свойствата под влияние на разтворените в нея вещества е съществено, което я приближава повече до свойствата и законите за слабите, но силно йонизирани разтвори, съдържащи голямо количество частици.

Разтворимостта на водата е ограничена докато се достигне състоянието на насищане. От друга страна, разтворимостта може да се увеличи чрез нагряване. Разтворените вещества променят свойствата на разтворителя. Солта придава солен вкус, захарта - сладък, кафето, мастилото и др. п. променят цвета. По принцип, питейната вода трябва да е чиста, но някои от разтворените вешества са полезни за организма.
Иначе тази полезна течност е най-разпространеното вещество на Земята - заема 2/3 от повърхността й и се съдържа навсякъде - в растения, почви, въздух, живите организми и фактически, без нея живота е невъзможен. Иначе, сама по себе си, водата няма вкус, мирис и цвят. Такива свойства й придават разтворените в нея вещества. Но замърсена, тя става негодна за пиене.
-------------------------------------------------

Водородните връзки на молекула вода.

В отделно взетата молекула вода има качество, което се проявява само в присъствието на други молекули - способността да образува водородни мостове между атомите на кислорода на две, оказали се заедно молекули, така че атома на водорода се разполага на отрязъка, съединяващ атомите на кислорода.

Свойството да образува такива мостове е обусловено от наличието на особено междумолекулярно взаимодействие, в което съществена роля играе атома на водорода.
Това взаимодействие се нарича водородна връзка.
-------------------------------------------------

Водата, която непознаваме.

До известно време ни се струваше, че няма нищо по-просто от изучаването на водата.
Зазубрената от всички формула (H2O), температурните метаморфози на водата от лед, течност до пара и обратно, способността й да разтваря някои вещества и да участва в процеса на конвекция - и това е практически всичко, което сме учили от светското си образование.

Но задълбочаването на науката в света на «нано» мащабите може да разколебае нашата увереност, че знаем всичко за водата и че тя е нещо съвсем толкова просто.

Па макар и заради факта, че водата има своя памет и че тя разбира човешките емоции и думи - психология! Ха, сега, де! Очаквайте още за непознатите свойства на водата.
-------------------------------------------------

Състояния (фази) на вода, парообразуване и равновесие между фазите.

Процеса на парообразуване зависи от три основни параметъра - температура, налягане, обем. Процеса на парообразуване се характеризира с т.н. критични параметри - критично налягане, критичен обем и критична температура.
Температурата, при която плътността и налягането на наситената пара стават максимални, а на водата, намираща се в динамично равновесие с парата, става минимална, се нарича критична температура kT. Или Температурата, над която водата се намира само в газообразно състояние се нарича критична температура kT.

Максималният обем до които може да се разшири течната фаза на дадено вещество, се нарича критичен обем. Максималното налягане до което може да съществуват в равновесие течна и газообразна фаза се нарича критично налягане.
Различните състояние, в които пребивава водата се наричат фази. Фазите на водата са
  • течна (вода), 
  • твърда (лед) и 
  • газообразна (пара).
Съществуват условията, при които система, съставена от две или повече фази на водата, се намира в равновесие. Водата се намира във фазово равновесие, ако се намира в механично равновесие и всички неини фази имат една и съща температура, като не става превръщанетой от една в друга нейна фаза. Фазовото равновесие включва:
  • - топлинно равновесие;
  • - механично равновесие;
  • - масата на всяка една от фазите да не се променя, т.е. да не става превръщане на веществото от една в друга фаза.
За топлинното равновесие на водата е необходимо: всичките й фази да имат една и съща температура.
За механичното равновесие на водата е необходимо: ако например две фази са отделени с плоска граница, налягането от двете страни на границата да е едно и също.
Равновесието между две фази на водата може да съществува само в определен температурен интервал. На всяка стойност на температурата Т в този интервал отговаря точно определено налягане р, при което равновесието е възможно.

Трите фази на водата могат да са в равновесие само при една единствена стойност на температурата и на налягането. Това равновесно състояние на водата се нарича тройна точка. Точката, при която газовата (пара), течната (вода) и твърдата (лед) фази на водата се намират в равновесие, се нарича тройна точка. Равновесие на повече от три фази на едно вещество изобщо не е възможно.

Специфичната топлина на изпарение на водата се означава с буквата r.  Следователно: количеството топлина, необходимо за изпаряването на вода с маса m при температурата на кипене, е Q = rm. В Международната система (SI) специфичната топлина на изпарение се измерва с джаул на килограм (J/kg). Температурата на тройната точка на водата е 0,01oC. Налягането на водните пари в тройната точка е 611,2 Ра.
-------------------------------------------------

Капилярност на водата.

Капилярността на водата играе важна роля в много природни процеси, произтичащи на Земята.
Благодарение на това свойство, водата омокря пласт от почвата, лежащ значително по-високо огледабото на грунтовите води и доставя на корените на растенията разтвори с хранителни вещества.
 От капилярността се обуслява и движението на кръвта и тъканните течности в живите организми.
-------------------------------------------------

Топлина на парообразуване при водата.

Преминаването на веществото от течна в газова фаза се нарича изпарение или парообразуване. Изпарение се извършва при всяка температура, но колкото температурата е по-висока, толкова изпарението се извършва с по-голяма скорост. За всяка течност, в зависимост от неxната природа, съществува една точно определена температура, при която течността кипи при нормално атмосферно налягане.
 
Температура, при която течността кипи при нормално атмосферно налягане, се нарича температура на кипене. Температурата на кипене се означава с kt. Количеството топлина, необходимо за изпарението на единица маса от водата при температурата на кипене, се нарича специфична топлина на изпарение (парообразуване).
Асоциативността на водата се отразява и на нейната много висока относителна топлина на парообразуване. За да се изпари водата, вече нагрята до 100°С, е нужно шест пъти по-голямо количество топлина, отколкото за нагряването на същото количество вода с 80°С (от 20°С до 100°С).
Всяка минута по милион тона вода от хидросферата се изпаряват от слънчевото нагряване. В резултата, в атмосферата постоянно постъпва колосално количество топлина, еквивалентна на това, което биха изработвали 40 хиляди електроцентрали с мощност един милиард киловата всяка!
-------------------------------------------------