水

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背景

水は、生命を維持するために地球上のほとんどの植物や動物が必要とする化合物です。純水は無味、無臭、透明な液体です。少量では無色ですが、大量では青みがかった色合いになります。水は優れた溶媒であり、その結果、通常、さまざまな溶解ミネラルやその他の化学物質が含まれています。また、バクテリアを運び、サポートすることもできます。地方自治体の水道システムを介して配水される水のほとんどは、有害物質を除去するために処理されます。一部のボトル入り飲料水は、ほとんどすべての不純物を除去するためにさらに処理されます。英語の単語waterは、ドイツ語の wasser、に由来します。 これは、濡れたり洗ったりすることを意味する古代インド・ヨーロッパ語族の言葉に由来しています。

水の管理された使用は、少なくとも紀元前8、000年<小>にまでさかのぼります。 エジプトとアジアの一部の農民が作物灌漑のために洪水を閉じ込めたとき。洪水を待つのではなく、灌漑用水路を使用して作物に水を運ぶという概念は、紀元前2、000年頃に最初に開発されました。 エジプトとペルーで。紀元前約1、000年<小> 、現在のヨルダンにあるハルチョー市は、市の人口に十分な水を供給するために2つの水道橋を建設しました。これは、計画された市営水道の最初の記録された事例です。

初期の水処理は驚くほど進んでいましたが、ほとんど実践されていませんでした。現在のインドからの古代サンスクリット語の写本は、飲料水を銅製の容器に入れ、日光にさらし、木炭でろ過する必要があるとアドバイスしています。古代エジプトの碑文も同様のアドバイスをしています。これらの方法の多くは、今日でも使用されています。紀元前400年頃<小> 、ギリシャの開業医ヒポクラテスは、水を沸騰させ、一枚の布を通して濾す必要があることを示唆しました。これらの初期の言及にもかかわらず、ほとんどの人は流れる小川や地下の井戸から未処理の水を飲みました。近くに汚染源がない限り、これは満足のいく解決策でした。

ヨーロッパや文明世界の他の地域の人口が増えるにつれて、彼らの水源はますます汚染されるようになりました。多くの都市では、飲料水の主要な供給源として機能していた川は、下水でひどく汚染されていたため、開いた排水溝に似ていました。コレラ、腸チフス、および他の多くの水系感染症が犠牲になりました。 1800年、イギリスのウィリアムクルックシャンクは、少量の塩素が水中の細菌を殺すであろうことを示しました。 1890年代までに、いくつかの自治体は、砂床を通して水をゆっくりとろ過することで、病気の発生率を大幅に減らすことができることを発見しました。安全な飲料水に対する国民の抗議は、1900年代初頭までに、米国のほとんどの主要都市が何らかの水処理システムを設置するほどのクレッシェンドに達しました。

水処理を行っても、国の河川や湖に流入する産業廃棄物の量が増加しているため、水質汚染は依然として深刻な懸念事項でした。鉛、ヒ素、農薬、その他の化学物質の健康への悪影響が知られるようになると、米国連邦政府は1948年の水質汚染防止法を可決する義務を負いました。これは水質を定義および規制する最初の包括的な法律でした。その後、一連のますます厳しくなる要件が続き、現在の環境保護庁（EPA）の水質基準に至りました。連邦基準に加えて、ほとんどの州には独自の水質法があり、一部の州法はEPAによって指定されたものよりも厳格です。

水の種類

純水はほとんど存在しません。ほとんどの水には、さまざまな量の溶存ミネラルと塩に加えて、シルトや微視的な有機物などの浮遊粒子が豊富に含まれています。さまざまな種類の水は、これらの不純物の有無によって分類されます。

水道水、つまり水道水は、有害なバクテリアを殺し、堆積物を取り除き、不快な臭いを取り除くための一連の処理を行ってきました。また、さまざまな理由で1つ以上の化学物質が追加されている可能性があります。

硬水にはカルシウム塩とマグネシウム塩が多く含まれています。これにより、石鹸が凝乳を形成します。硬水はさらに一時的に硬水と恒久的に硬水に分けられます。一時的に硬水にはカルシウムやマグネシウムの重炭酸塩が含まれており、水を加熱すると反応してスケールと呼ばれる硬い物質を形成します。スケールは給湯器やパイプを詰まらせ、調理器具に堆積物を残す可能性があります。恒久的な硬水には、カルシウムおよび/またはマグネシウムの硫酸塩、塩化物、または硝酸塩が含まれていますが、これらは加熱の影響を受けません。 「低」の定義はさまざまですが、軟水には比較的少量のカルシウム塩とマグネシウム塩が含まれています。 「軟水」という用語は、石鹸カードの形成を回避するために化学的に十分な塩が除去された硬水を指します。塩化ナトリウムが多いです。

水に溶存ミネラルが多く含まれている場合、ミネラルウォーターと呼ばれます。ミネラルウォーターは、生理食塩水、アルカリ性、鉄分、硫黄分、飲料水という5つの主要なクラスに分類できます。食塩水には、高レベルの硫酸ナトリウムまたは硫酸マグネシウムまたは塩化ナトリウムが含まれています。アルカリ性の水は高濃度の塩を含んでおり、約7.2〜9.5の範囲のpHを示します。ここで、pH 7は中性で、pH14は高アルカリ性です。鉄分が豊富な水は鉄分が豊富で、さびた色になります。硫黄水は硫黄化合物が豊富で、腐った卵の臭いが特徴です。飲料水は500ppm未満のミネラル含有量であり、最も一般的には瓶詰めされ、特殊な飲料水として販売されています。

炭酸水、ソーダ水、スパークリングウォーターはすべて溶存二酸化炭素を含んでいます。これは、石灰岩や他の炭酸塩岩が存在する場所で自然に発生する可能性があります。または、二酸化炭素が圧力下で人工的に追加される可能性があります。

湧水と自噴水は、掘削や揚水を使わずに自然に地面から流れるという事実によってのみ区別されます。そうでなければ、他の水源からの水とそれらを異ならせるものは何もありません。

蒸留水は、すべてではありませんがほとんどの不純物を除去する蒸発凝縮プロセスによって精製されています。脱イオン水は、カルシウムやナトリウムなどの陽イオンと、塩化物や重炭酸塩などの陰イオンの両方を除去するイオン交換プロセスによって精製されています。ミネラルウォーターと呼ばれることもあります。精製水とは、炭素ろ過、蒸留、脱イオン、逆浸透、紫外線殺菌、またはこれらのプロセスを組み合わせて、善悪を問わずほとんどすべての鉱物と化学元素を除去した水道水です。

原材料

水分子は、1つの酸素原子に結合した2つの水素原子で構成されています。化学記号はH ₂ です O.水には通常、溶液または懸濁液中にさまざまな有機および無機材料が含まれています。

地方自治体のシステムで使用するために水を処理するプロセスでは、いくつかの化学物質が追加される場合があります。これらには、塩素、クロラミン、オゾンなどの消毒剤が含まれます。硫酸アルミニウム、塩化第二鉄、およびさまざまな有機ポリマーなどの凝固剤。苛性ソーダやライムなどの酸性中和剤。さまざまなフッ化物化合物の形で虫歯を防ぐのに役立つ化学物質。

治療プロセス

具体的な水処理プロセスは、使用する用途によって異なります。作物の灌漑に使用される水など、一部の水は は処理されません。医薬品の製造に使用される水など、その他の水は高度に精製されています。

これは、家庭や企業に配水するために都市用水を処理するために使用される典型的な一連の操作です。

収集

• 1ほとんどの都市用水は、地下水と地表水という2つの水源から供給されます。ほとんどの地下水は、帯水層と呼ばれる地下の含水層に井戸を掘削することによって利用されます。一部の地下水は、泉の形で自然に上昇します。ダムの背後にある氾濫する川によって地表水が利用されています。川に流れ込む周辺地域は流域と呼ばれます。多くの場合、流域へのアクセスと使用は、流出水の汚染を防ぐために制限されています。
• 2井戸またはダムから、水は開いた運河または閉じたパイプで水処理プラントに運ばれます。場合によっては、給水は自治体の近くにあります。その他の場合、目的地に到達するために水を数百マイル（km）輸送する必要があります。都市の変動するニーズを満たすために利用できる十分な供給が常にあることを保証するために、水は途中で中間の貯水池に貯蔵されることがあります。

消毒

• 3一部の水処理プラントでは、一連のチャンバー内でオゾンが豊富な空気と接触することにより、最初に水が消毒されます。このステップはヨーロッパのほとんどのプラントで使用されていますが、米国ではごくわずかです。オゾン（03）は、圧縮空気を高電圧の電気アークに通すことによって形成されます。これにより、空気中の酸素（02）分子の一部が半分に分裂し、他の酸素分子に再付着してオゾンを形成します。オゾンはほとんどの細菌を効果的に殺し、また化合物を破壊し、不快な味や臭いを引き起こします。ただし、寿命は比較的短く、保管や流通の際に保護するために水中に留まることはありません。このため、処理プロセスの最後に少量の塩素またはクロラミンが水に追加されます。

凝固/凝集

• 4次に、水はフラッシュミキサーを通過し、そこで凝固剤と呼ばれる化学物質が急速に水と混合されます。凝固剤は、水中に浮遊している粒子の周囲の電荷を変化させ、それらを互いに引き付けて凝集させるか、凝固させます。
• 5水は一連のチャンバー内をゆっくりと移動し、渦巻く流れによって穏やかに混合されます。水が混ざると、荷電粒子は互いにぶつかり続け、フロックと呼ばれるさらに大きな粒子を形成します。

落ち着く

• 6水は沈砂池またはタンクに流れ込み、そこで重いフロックが底に沈みます。一部の沈砂池には、容量を2倍にするための2つのレベルがあります。底に沈殿した材料は、プール掃除機のような装置で洗面器から掃除機をかけられ、固形物保持盆地に堆積されます。フィルターからトラップされた材料（ステップ7）も、固形物保持槽に追加されます。これらの組み合わされた材料は、重力増粘剤を介して送られ、次にプレスを介して送られ、そこでほとんどの水が絞り出されます。残りの固形物はトラックに積み込まれ、処分のために埋め立て地に運ばれます。

フィルタリング

• 7部分的に洗浄された水は、砂と微粉炭のいくつかの層を通過し、水中に残っている非常に小さな粒子をトラップします。いくつかの有害な有機体も、最初の消毒剤としてオゾンを使用しない水処理プラントにこのように閉じ込められています。フィルター層は定期的にバックフラッシュされ、トラップされた材料が除去されます。

アドソープティング

• 8一部の植物では、水は活性炭顆粒のベッドを通過します。水中の化学汚染物質は、炭素吸着と呼ばれるプロセスで木炭の表面に付着します。

曝気

• 9水に望ましくない量の鉄とマンガン、または特定の溶存ガスが含まれている一部の地域では、水を大きな盆地から空気中に噴霧して曝気します。水が空気と混ざると、酸素を吸収し、汚染物質の一部を沈殿させます。他の汚染物質は蒸発によって除去されます。

フッ素化

• 10一部の水処理プラントでは、虫歯を防ぐために、水にfluoesrideコンパウンドが追加されています。フッ化物は一部の水道で自然に発生し、追加の量は必要ありません。過去には、フッ化物添加は熱く議論されてきた主題であり、すべての自治体が彼らの水にフッ化物を加えるわけではありません。

中和

• 11パイプや衛生器具の腐食を減らすために、他の化学物質を水に加えることができます。これは、pH係数を中性レベルに調整するために、制御された量の特定の化学物質を追加することによって行われます。

配布

• 12水が処理プラントを出るときに、少量の塩素またはクロラミンを受け取り、配水システムに侵入した可能性のある有害なバクテリアを殺します。プラントが最初の消毒剤としてオゾンを使用しない場合、より多くの塩素またはクロラミンが水に追加されます。
• 13水が植物を離れた後、汚染から保護するために、通常は屋根付きのタンクまたは貯水池に保管されます。一部の地域では、これらの貯蔵施設は周囲の地形よりも高い標高にあり、水はタンクまたは貯水池に汲み上げられます。この高い貯蔵位置は、市内の水道本管とパイプを適切に流れるために必要な圧力を提供します。その他の場合、水は地上の施設に貯蔵され、圧力は必要に応じて作動する電動ポンプによって供給されます。

品質管理

連邦および州の水質基準は、水中に見られる可能性のある90以上の有機、無機、微生物、および放射性物質の最大汚染レベルを設定しています。これらの基準はさらに、人体に害を及ぼす可能性のある材料を対象とする一次基準と、味、臭い、外観などの美的品質に影響を与える可能性のある材料と特性を対象とする二次基準に分けられます。典型的な水道区では、基準が満たされていることを確認するために、毎年50,000を超える給水の化学的および細菌学的分析を実行する場合があります。

未来

安全な飲料水に対する国民の関心は、将来さらに厳しい水質基準をもたらすと予想されます。皮肉なことに、最近の懸念の1つは、外部の汚染ではなく、水を消毒するために一般的に使用される物質の1つである塩素の影響に関するものです。過去30年以内の研究では、塩素が水中の有機物質と特定の化合物を形成することが示されています。最も一般的な化合物はトリハロメタン、またはTHMと呼ばれ、長期間摂取または吸入すると癌を引き起こすリスクが10,000分の1になります。塩素を使用する代わりの1つは、クロラミンです。これは、アンモニアと塩素の組み合わせであり、THMを容易に形成しません。多くの水処理プラントはすでにクロラミンに切り替えています。他の代替消毒剤には、オゾン、紫外線、二酸化塩素、およびペロキソンと呼ばれるオゾンと過酸化水素のハイブリッドが含まれます。