Д. П. Филиппенко

Вода для большого города

Цель занятия: сформировать у учащихся представление о водопотреблении и современном состоянии водной среды, а также об основных экологических проблемах, связанных с хозяйственным использованием источников пресной воды, и о рациональном водопользовании.

Оборудование и материалы: технические средства обучения (проектор, компьютер, электронная презентация занятия), иллюстративный материал, карточки с заданиями, листы ватмана, маркеры.

Выполнение заданий

Задание 1. Вспомните свойства пресной воды.

Перечислите известные вам физико-химические свойства воды и выпишите их на ватман. Вспомните смысл ключевых понятий: круговорот воды, водоснабжение, сброс сточных вод. (Три агрегатных состояния воды, плотность воды 1 г/см³, образование льда при температуре 0 °С, кипение при 100 °С, прозрачность, способность растворять вещества, необходимость для жизнеобеспечения.)

Задание 2. Какие водоемы относятся к пресным?

Вспомните и перечислите типы пресных водоемов. (Реки, ручьи, озера, пруды, болота, каналы, подземные воды. Следует напомнить, что водоемы бывают как естественного происхождения – реки, озера, болота, так и созданные человеком для определенного назначения – пруды, водохранилища, каналы). Какие из перечисленных водоемов могут оказаться пригодными для водопользования, а какие нет и почему? (Наиболее пригодны реки и подземные источники.)

Задание 3. Как и для чего используется пресная вода?

Перечислите все возможные хозяйственные нужды, на которые человек использует воду, и расположите их в виде пирамиды.

Объяснение нового материала

1. Источники и использование пресной воды

Люди используют пресную воду для различных хозяйственных нужд, из которых основное место занимают орошение сельскохозяйственных земель и производство энергии. В меньшей степени вода расходуется в промышленности и на бытовые нужды, включая и питьевую воду. В качестве источников пресной воды используют наземные природные воды (в основном реки, озера) и грунтовые подземные воды.

2. Берем воду «взаймы» у Природы

Вся вода, которую мы используем, изымается из природного круговорота воды, а возвращается в него уже загрязненная, с большим количеством отходов. Бытовые и коммунальные стоки попадают в реки, заливы и моря через систему городской канализации. Промышленные предприятия, как правило, расположены на крупных природных водоемах, где получают неограниченное количество воды, используют ее и сбрасывают вместе с отходами. Смыв воды с полей вместе с содержащимися там удобрениями и химикатами также загрязняют природные воды.

3. Экологические проблемы

Использование воды в хозяйственных целях порождает следующие проблемы.

А. Природные источники могут давать лишь ограниченное количество воды. Возникает опасность перерасхода речной воды и существенных изменений в экосистемах водосборных районов. Например, отвод воды из реки может сказаться на состоянии прилегающих болот и пойменных лугов – они пересыхают, т.к. не подпитываются периодическими паводками; в результате изменяется видовой состав таких экосистем.

Б. Использование грунтовых вод ведет к сокращению их запаса и проседанию грунта. Объем подземных вод превосходит запасы наземной воды в 70–80 раз, но грунтовые воды также истощаются, если потребление из них воды идет быстрее пополнения. При уменьшении объема грунтовых вод может происходить постепенное опускание поверхности суши, называемое проседанием грунта. В населенных пунктах это приводит к разрушению дорог, фундаментов зданий, водопроводной и канализационной сетей, на побережьях – к затоплению и разрушению береговой зоны.

В. Вода, которая возвращается в природу, сильно загрязнена. Это опасно как для здоровья человека, так и для состояния окружающей среды, особенно водоемов. Сточные воды среднего по размеру города содержат следующие загрязнители:

– смытая в процессе разрушения почва;
– остатки удобрений, инсектициды и гербициды, применяемые в садах и парках;
– различные химические соединения, образующиеся при износе дорожного покрытия;
– сажа и ядовитые вещества выхлопных газов транспорта;
– горючее и машинное масло с дорог и автостоянок;
– мусор и растительные остатки;
– сточная вода жилых помещений и предприятий;
– отходы предприятий промышленности, использующих воду (наибольшее количество загрязнителей дает целлюлозно-бумажное производство).

Загрязнение поверхностных и подземных вод

Г. Биокумуляция ядовитых веществ, содержащихся в воде. Наибольшую проблему при загрязнении природных вод создают различные ядохимикаты, содержащиеся в бытовых, промышленных, сельскохозяйственных и других сточных водах. Они присутствуют в низких концентрациях, с трудом выводятся из вод, а также способны длительно накапливаться в живых организмах.

Большинство загрязнителей принадлежат к двум группам: тяжелые металлы (свинец, ртуть, кадмий, железо, хром и др.) и синтетические органические соединения (бензол, фенол, диоксины, гексахлорциклогексаны, хлорированные бифенилы и многие другие). Все ядохимикаты, присутствующие в окружающей среде в малых дозах в течение длительного периода, опасны из-за способности к накоплению в организме, что приводит к мутациям, раку, различным патологиям.

В природе токсины движутся по пищевым цепям, на последних звеньях которых их концентрации могут увеличиваться в сотни тысяч раз по сравнению с окружающей средой.

Выполнение заданий

Задание 4. Составьте схему круговорота воды с учетом всех видов ее «изъятия», использования и сброса загрязненной воды (различные виды загрязнений – промышленное, сельскохозяйственное, бытовое и пр.) обратно в природные водоемы. Выполнить это задание можно сначала на ватмане или доске, а потом в тетрадях. Начните схему с типичного водного источника – реки.

Главный вывод: из замкнутого цикла круговорота воды забирается чистая вода, а обратно возвращается загрязненная; загрязнения поступают в природные водоемы, откуда вода снова берется на использование. Рост уровня загрязнения природных водоемов пагубно влияет на живые организмы и на качество питьевой воды.

Задание 5. Проведите опрос учащихся в своей группе по следующему вопроснику и проанализируйте ситуацию с потреблением питьевой воды.

– Кто пьет дома воду из-под крана, а кто покупает ее в бутылках?
– Кому доводилось пить воду в других городах России? В других странах? Насколько отличается наша вода от зарубежной?
– Используете ли вы дома фильтры для очистки воды?

Объяснение нового материала

4. Доставка воды потребителю

(Проводится с использованием раздаточного материала.)

Вода, используемая в быту, обычно берется из реки или из подземных источников в области водозабора. В Калининградской области это река Преголя, группа питьевых озер и подземные воды в некоторых местах области. Очистка и подготовка воды обычно идет по следующей схеме:

водоем ––> фильтры грубой очистки для удаления крупных примесей ––> водохранилище для отстаивания воды (удаляются мелкие примеси) ––> обеззараживание воды для уничтожения патогенных микроорганизмов (обычно хлорирование) ––> флокуляция (осаждение взвешенных веществ в воде на осадке гидроксида алюминия) ––> пропускание через песчаные фильтры ––> резервуары очищенной воды ––> водопроводная сеть ––> потребитель.

Очистка сточных вод

Цифры и факты:

– среднестатистический россиянин потребляет 272 л воды в сутки;
– около 50 млн человек в нашей стране пьют воду с повышенным содержанием железа;
– за последние годы в водных объектах обнаружено около 750 химических соединений, из которых 600 являются канцерогенами и практически не обезвреживаются на водопроводных станциях.

5. Осторожно! Водопроводная вода!

Главными причинами низкого качества питьевой воды «из-под крана» являются:

– загрязненность водозаборов;
– применение хлорирования;
– плохое качество водопроводных сетей;
– несовершенство песчаных фильтров.

Наибольшую опасность в подготовке питьевой воды представляет технология ее хлорирования, поскольку приводит к появлению в воде так называемого «связанного хлора» – результата взаимодействия хлора и некоторых органических соединений. Среди продуктов хлорирования есть канцерогенные и токсичные соединения, не имеющие запаха и практически не удаляющиеся при кипячении и отстаивании воды (к ним относятся такие вещества, как линдан, диоксины, бутилхлорид, трихлорфенол и др.).

Загрязненность питьевой воды зависит также от того, из какого материала сделаны водопроводные трубы. Например, чугунные водопроводы, проложенные более 80 лет назад, до сих пор работают исправно. А вот стальные трубы, проложенные в 1970-е гг. уже доставили много хлопот. Кроме того, из-за плохого качества труб, содержание железа в воде превышает нормы ГОСТа.

Заключительные задания

Задание 6 (выполняется в группах). На уже разобранной схеме «изъятия воды» найдите участки, соответствующие наибольшему вкладу в загрязнение воды (как природной, так и потребительской). Предложите, как можно минимизировать вред, наносимый природе и здоровью человека.

Задание 7. Альтернативные источники воды.

(Учащимся раздают карточки с изображениями альтернативных источников водоснабжения: лесных озер, болот, подземных источников.)

Дайте анализ плюсов и минусов конкретного альтернативного источника по сравнению с используемыми в настоящее время по следующим критериям:

– чистота воды в источнике;
– мощность источника (хватит ли воды для обеспечения города);
– удобство забора воды;
– доставка воды потребителям.

Главный вывод: оптимальным решением проблем водоснабжения является улучшение экологического состояния ныне действующих источников воды.

Задание 8. Очистка водопроводной воды в домашних условиях.

В домашних условиях можно очень просто организовать очистку воды способом вымораживания (перекристаллизации). Подберите эмалированную кастрюлю с крышкой, которая помещается в морозильную камеру холодильника. Наполните кастрюлю кипяченой водой комнатной температуры так, чтобы между крышкой и водой оставался зазор в 3 см (в этом случае вода будет замерзать снизу и с боков, а под самой крышкой за сутки замерзнуть не успеет). Вода должна замерзнуть наполовину или на две трети. В центре кастрюли останется незамерзшая вода бурого цвета, содержащая загрязнения. Эту воду нужно слить, оставшийся лед промыть и растопить. Следует помнить, что полученная вода по составу близка к дистиллированной, и в ней отсутствуют соли кальция, магния и др., так что перед употреблением этой воды для питья необходимо восполнить их недостаток.

Раздаточный материал к занятию