물

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배경

물은 지구상의 대부분의 식물과 동물이 생명을 유지하기 위해 필요한 화합물입니다. 순수한 물은 무미, 무취, 투명한 액체입니다. 소량에서는 무색이지만 많은 양에서는 푸르스름한 색조를 띠게 됩니다. 물은 우수한 용매이며 결과적으로 일반적으로 다양한 용해된 미네랄 및 기타 화학 물질을 포함합니다. 또한 박테리아를 운반하고 지원할 수 있습니다. 도시 상수도 시스템을 통해 유통되는 대부분의 물은 유해 물질을 제거하기 위해 처리됩니다. 일부 생수는 거의 모든 불순물을 제거하기 위해 추가 처리를 거칩니다. 영어 단어 water는 독일어 단어 wasser, 에서 파생되었습니다. 이것은 차례로 젖다 또는 씻다를 의미하는 고대 인도 유럽 단어에서 파생됩니다.

물의 통제된 사용은 기원전 8,000년 <소형>으로 거슬러 올라갑니다. 이집트와 아시아 일부 지역의 농부들이 농작물 관개를 위해 홍수를 가두었을 때. 홍수를 기다리지 않고 농작물에 물을 공급하기 위해 관개수로를 사용한다는 개념은 기원전 2,000년경에 처음 개발되었습니다. 이집트와 페루에서. 기원전 1000년경 <소> , 현재 요르단에 있는 카르초 시는 도시 인구에게 적절한 물 공급을 제공하기 위해 두 개의 수로를 건설했습니다. 이것은 계획된 도시 상수도의 기록된 첫 번째 사례입니다.

초기 수처리는 거의 실행되지 않았지만 놀랍게도 발전되었습니다. 현재 인도에 해당하는 고대 산스크리트어 사본에서는 식수를 구리 용기에 담아 햇빛에 노출시키고 숯으로 여과해야 한다고 조언합니다. 고대 이집트 비문도 비슷한 조언을 합니다. 이러한 방법 중 많은 부분이 오늘날에도 여전히 사용됩니다. 기원전 400년경 <소> , 그리스의 의사 히포크라테스는 물을 끓여서 천 조각으로 걸러내야 한다고 제안했습니다. 이러한 초기 참조에도 불구하고 대부분의 사람들은 흐르는 개울이나 지하 우물에서 처리되지 않은 물을 마셨습니다. 주변에 오염원이 없는 한 이것은 만족스러운 해결책이었습니다.

유럽과 문명 세계의 인구가 증가함에 따라 그들의 수원은 점점 더 오염되었습니다. 많은 도시에서 식수의 주요 공급원 역할을 하는 강은 하수로 심하게 오염되어 마치 열린 오물 웅덩이와 비슷했습니다. 콜레라, 장티푸스 및 기타 많은 수인성 질병이 피해를 입었습니다. 1800년 영국의 William Cruikshank는 소량의 염소가 물에 있는 세균을 죽일 수 있음을 보여주었습니다. 1890년대까지 몇몇 지방 자치 단체는 모래 층을 통해 천천히 물을 여과하는 것도 질병 발병률을 크게 줄일 수 있음을 발견했습니다. 안전한 식수에 대한 대중의 외침은 1900년대 초반까지 미국의 대부분의 주요 도시에 일종의 수처리 시스템을 설치했을 정도로 극에 달했습니다.

수처리에도 불구하고 국가의 강과 호수에 쏟아지는 산업 폐기물의 양이 증가함에 따라 수질 오염은 심각한 문제로 남아 있었습니다. 납, 비소, 살충제 및 기타 화학 물질이 건강에 미치는 악영향이 알려지면서 미국 연방 정부는 1948년 수질 오염 통제법을 통과시켜야 했습니다. 이것은 수질을 정의하고 규제하는 최초의 포괄적인 법안이었습니다. 그 뒤를 이어 갈수록 강화되는 일련의 요구 사항이 적용되어 현재 EPA(환경 보호국) 수질 표준이 완성되었습니다. 연방 표준 외에도 대부분의 주에는 자체 수질법이 있으며 일부 주법은 EPA에서 지정한 것보다 더 엄격합니다.

물의 종류

순수한 물은 거의 존재하지 않는 존재입니다. 대부분의 물에는 다양한 양의 용해된 미네랄과 염이 포함되어 있으며 미사 및 미세한 유기 물질과 같은 부유 입자가 풍부합니다. 이러한 불순물의 유무에 따라 다양한 유형의 물이 분류됩니다.

수돗물 또는 도시 물은 유해한 박테리아를 죽이고 침전물을 제거하며 불쾌한 냄새를 제거하기 위해 일련의 처리를 거쳤습니다. 또한 다양한 이유로 하나 이상의 화학 물질이 추가되었을 수 있습니다.

경수에는 다량의 칼슘과 마그네슘 염이 포함되어 있습니다. 이로 인해 비누가 응고를 형성합니다. 경수는 다시 일시적 경수와 영구 경수로 나뉩니다. 임시 경수에는 칼슘 및/또는 마그네슘의 중탄산염이 포함되어 있으며, 이는 물이 가열될 때 반응하여 비늘이라고 하는 단단한 물질을 형성합니다. 스케일은 온수 히터와 파이프를 막고 조리 기구에 침전물을 남길 수 있습니다. 영구 경수에는 가열에 영향을 받지 않는 칼슘 및/또는 마그네슘의 황산염, 염화물 또는 질산염이 포함되어 있습니다. 연수에는 "낮음"의 정의가 다양하지만 상대적으로 적은 양의 칼슘 및 마그네슘 염이 포함되어 있습니다. "연수"라는 용어는 비누 응고를 방지하기 위해 화학적으로 충분한 염분을 제거한 경수를 나타냅니다. 염화나트륨 함량이 높습니다.

물에 용해된 미네랄이 많이 포함되어 있으면 미네랄 워터라고 합니다. 광천수는 식염수, 알칼리성, ferrunginous, 유황 및 음용의 다섯 가지 주요 클래스로 나눌 수 있습니다. 식염수는 높은 수준의 나트륨 또는 마그네슘 설페이트 또는 염화나트륨을 함유하고 있습니다. 알칼리성 물은 약 7.2-9.5 범위의 pH를 제공하는 염의 농도가 높으며, 여기서 pH 7은 중성이고 pH 14는 고알칼리성입니다. Ferrungious 물은 철이 풍부하여 녹슨 색을냅니다. 유황수는 유황 화합물이 풍부하고 썩은 계란 냄새가 특징입니다. 음용수는 미네랄 함량이 500ppm 미만이며 가장 일반적으로 병에 담아 특수 식수로 판매됩니다.

탄산수, 소다수, 탄산수에는 모두 용해된 이산화탄소가 포함되어 있습니다. 이것은 석회석이나 기타 탄산염 암석이 있는 곳에서 자연적으로 발생하거나 압력을 가해 인위적으로 이산화탄소를 첨가할 수 있습니다.

샘물과 지하수는 시추나 펌핑의 도움 없이 자연적으로 땅에서 흘러나온다는 사실만으로 구별됩니다. 그렇지 않으면 다른 출처의 물과 다른 점이 없습니다.

증류수는 전부는 아니지만 대부분의 불순물을 제거하는 증발-응축 공정으로 정제되었습니다. 탈이온수는 칼슘 및 나트륨과 같은 양이온과 염화물 및 중탄산염과 같은 음이온을 모두 제거하는 이온 교환 공정으로 정제되었습니다. 때때로 탈염수라고 합니다. 정제수는 탄소 여과, 증류, 탈이온화, 역삼투, 자외선 살균 또는 이러한 공정의 조합을 거쳐 좋은 것과 나쁜 거의 모든 미네랄과 화학 원소를 제거한 도시의 물입니다.

원자재

물 분자는 1개의 산소 원자에 결합된 2개의 수소 원자로 구성됩니다. 화학 기호는 H ₂ 입니다. O. 물은 일반적으로 용액 또는 현탁액에 광범위한 유기 및 무기 물질을 포함합니다.

도시 시스템에서 사용하기 위해 물을 처리하는 과정에서 몇 가지 화학 물질이 추가될 수 있습니다. 여기에는 염소, 클로라민 또는 오존과 같은 소독제가 포함됩니다. 황산알루미늄, 염화제2철 및 각종 유기고분자와 같은 응고제; 가성 소다 또는 석회와 같은 산도 중화제; 다양한 불소 화합물의 형태로 충치를 예방하는 데 도움이 되는 화학 물질.

치료 과정

특정 수처리 공정은 의도한 적용 분야에 따라 다릅니다. 농작물에 관개하는 물과 같은 일부 물, 치료를 받지 않습니다. 의약품을 만드는 데 사용되는 물과 같은 다른 물은 고도로 정제됩니다.

다음은 가정과 기업에 분배하기 위해 도시 용수를 처리하는 데 사용되는 일반적인 일련의 작업입니다.

수집

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1 대부분의 도시 물은 지하수와 지표수의 두 가지 공급원에서 나옵니다. 대부분의 지하수는 대수층이라고 하는 지하수 함유층에 우물을 뚫어 채집합니다. 일부 지하수는 샘의 형태로 자연적으로 상승합니다. 지표수는 댐 뒤에 있는 강을 저류하여 사용합니다. 강으로 흘러드는 주변 지역을 유역이라고 합니다. 많은 경우 유역에 대한 접근과 사용은 유출수의 오염을 방지하기 위해 제한됩니다.

2 우물이나 댐에서 물은 개방된 수로 또는 폐쇄된 파이프를 통해 수처리 공장으로 운반됩니다. 어떤 경우에는 상수도가 시정촌과 가깝습니다. 다른 경우에는 물이 목적지에 도달하기 위해 수백 마일(km)을 운송해야 합니다. 때때로 물은 도중에 중간 저수지에 저장되어 도시의 변동하는 요구 사항을 충족할 수 있는 적절한 공급이 항상 있을 수 있도록 합니다.

소독

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3 일부 수처리 공장에서는 일련의 챔버에서 오존이 풍부한 공기와 접촉하여 물을 초기에 소독합니다. 이 단계는 유럽의 대부분의 공장에서 사용되지만 미국의 공장은 소수에 불과합니다. 오존(03)은 고압 전기 아크를 통해 압축 공기를 통과시켜 형성됩니다. 이로 인해 공기 중의 일부 산소(02) 분자가 반으로 쪼개지고 다른 산소 분자와 다시 결합하여 오존을 형성합니다. 오존은 대부분의 세균을 효과적으로 죽이고 불쾌한 맛과 냄새를 유발하는 화합물도 파괴합니다. 그러나 상대적으로 수명이 짧고 저장 및 유통 중에 보호하기 위해 물에 남아 있지 않습니다. 이러한 이유로 처리 과정이 끝날 때 소량의 염소 또는 클로라민이 물에 첨가됩니다.

응고/응집

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4 그런 다음 물은 응고제로 알려진 화학 물질이 물과 빠르게 혼합되는 플래시 믹서를 통과합니다. 응고제는 물에 부유하는 입자 주위의 전하를 변경하여 서로 끌어당겨 함께 뭉치거나 응고시킵니다.

5 물은 소용돌이 흐름에 의해 부드럽게 혼합되는 일련의 챔버를 통해 천천히 이동합니다. 물이 혼합됨에 따라 하전 입자는 계속 서로 부딪혀 플록(flocs)이라고 하는 더 큰 입자를 형성합니다.

정착

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6 물은 침전지나 탱크로 흘러 들어가 무거운 플록이 바닥으로 가라앉습니다. 일부 침전지는 용량을 두 배로 늘리기 위해 2단계로 되어 있습니다. 바닥에 가라앉은 물질은 풀 진공과 같은 장치를 사용하여 대야에서 진공 청소되고 고체 보관 대야에 퇴적됩니다. 필터(7단계)에서 갇힌 물질도 고형물 저장 용기에 추가됩니다. 이러한 결합된 재료는 중력 농축기를 통과한 다음 대부분의 물이 짜내는 프레스를 통해 보내집니다. 나머지 고형물은 트럭에 적재되어 폐기를 위해 매립지로 이송됩니다.

필터링

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7 부분적으로 정화된 물은 여러 층의 모래와 미분탄을 통과하여 물에 남아 있는 매우 작은 입자를 가둡니다. 일부 유해 유기체는 초기 소독제로 오존을 사용하지 않는 수처리 공장에서도 이러한 방식으로 갇히게 됩니다. 필터 층은 갇힌 물질을 제거하기 위해 주기적으로 역세척됩니다.

흡착

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8 일부 식물에서는 물이 활성탄 과립층을 통과합니다. 물 속의 화학 오염 물질은 탄소 흡착으로 알려진 과정에서 목탄 표면에 달라붙습니다.

폭기

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9 물에 원치 않는 양의 철과 망간 또는 특정 용해 가스가 포함된 일부 지역에서는 물을 폭기하기 위해 큰 대야에서 공기 중으로 물을 분사합니다. 물이 공기와 섞이면 산소를 흡수하여 오염 물질 중 일부를 가라앉힙니다. 다른 오염 물질은 증발에 의해 제거됩니다.

불소화

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10 일부 수처리 시설에서는 충치 예방을 위해 물에 불소화합물을 첨가합니다. 불소는 일부 상수도에서 자연적으로 발생하며 추가 양이 필요하지 않습니다. 과거에 불소화는 뜨거운 논쟁의 대상이었으며 모든 지방 자치 단체가 물에 불소를 첨가하는 것은 아닙니다.

중화

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11 파이프와 배관 설비의 부식을 줄이기 위해 다른 화학 물질을 물에 첨가할 수 있습니다. 이것은 pH 인자를 중성 수준으로 조정하기 위해 제어된 양의 특정 화학 물질을 추가하여 수행됩니다.

배포

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12 물은 처리장을 떠날 때 소량의 염소 또는 클로라민을 받아 배수 시스템으로 유입되었을 수 있는 유해 박테리아를 죽입니다. 공장에서 초기 소독제로 오존을 사용하지 않으면 더 많은 양의 염소 또는 클로라민이 물에 추가됩니다.

13 물이 공장을 떠난 후에는 일반적으로 오염으로부터 보호하기 위해 덮개가 있는 탱크나 저수지에 저장됩니다. 일부 지역에서는 이러한 저장 시설이 주변 지형보다 높은 고도에 위치하여 물이 탱크나 저수지로 펌핑됩니다. 이 높은 저장 위치는 도시 내의 수도 본관과 파이프를 통한 적절한 흐름에 필요한 압력을 제공합니다. 다른 경우에는 물이 지면 수준 시설에 저장되고 수요에 따라 작동하는 전기 펌프에 의해 압력이 공급됩니다.

품질 관리

연방 및 주 수질 표준은 물에서 발견될 수 있는 90가지 이상의 유기, 무기, 미생물 및 방사성 물질에 대한 최대 오염 수준을 설정합니다. 이 기준은 다시 인체에 유해할 수 있는 물질을 다루는 1차 기준과 맛, 냄새, 외관 등 미적 품질에 영향을 미칠 수 있는 물질과 물성을 다루는 2차 기준으로 나뉜다. 일반적인 수역은 기준이 충족되는지 확인하기 위해 매년 50,000회 이상의 물 공급에 대한 화학적 및 세균학적 분석을 수행할 수 있습니다.

미래

안전한 식수에 대한 국민의 관심은 앞으로 더욱 강화된 수질기준으로 이어질 것으로 예상됩니다. 아이러니하게도 가장 최근의 우려 사항 중 하나는 외부 오염이 아니라 물을 소독하는 데 일반적으로 사용되는 물질 중 하나인 염소의 영향에 대한 것입니다. 지난 30년 동안의 연구에 따르면 염소는 물에서 발견되는 유기 물질과 특정 화합물을 형성합니다. 가장 흔한 화합물은 트리할로메탄 또는 THM이라고 하며 장기간 섭취하거나 흡입하면 암을 유발할 위험이 1/10,000입니다. 염소 사용에 대한 한 가지 대안은 THM을 쉽게 형성하지 않는 암모니아와 염소의 조합인 클로라민입니다. 많은 수처리 공장이 이미 클로라민으로 전환했습니다. 다른 대체 소독제로는 오존, 자외선, 이산화염소, 퍼록손이라고 하는 오존과 과산화수소의 하이브리드가 있습니다.