Конспект лекций по Экологии Лекция 1

Вид материала

Конспект

Содержание Основные пути загрязнения гидросферы Повышает содержание механичес­ких примесей Основными источниками загрязнения водоемов служат пред­приятия 5. Загрязнение океанов и морей 1. Нефть и нефтепродукты 3. Тяжелые металлы 6. Загрязнениеповерхностных материковых вод 7. Самоочищение водоемов Среди физических факторов Из химических факторов самоочищения К биологическим факторам 8. Питьевая вода Очистка питьевой воды. 9. Методы очистки воды 1.Капельный биофильтр

Подобный материал:

• Предлагаемый конспект опорных лекций отражает традиционный набор тем и проблем курса, 1047.31kb.
• Конспект лекций 2008 г. Батычко В. Т. Административное право. Конспект лекций. 2008, 1389.57kb.
• Конспект лекций 2010 г. Батычко Вл. Т. Муниципальное право. Конспект лекций. 2010, 2365.6kb.
• Конспект лекций 2011 г. Батычко В. Т. Семейное право. Конспект лекций. 2011, 1718.16kb.
• Конспект лекций 2011 г. Батычко Вл. Т. Конституционное право зарубежных стран. Конспект, 2667.54kb.
• Конспект лекций 2010 г. Батычко В. Т. Уголовное право. Общая часть. Конспект лекций., 3144.81kb.
• Конспект лекций для студентов по специальностям 190302 «Вагоны», 783.17kb.
• Конспект лекций бурлачков в. К., д э. н., проф. Москва, 1213.67kb.
• Конспект лекций по курсу «Основы права» Кафедра экологии, 1252.59kb.
• Конспект лекций для студентов специальности 080504 Государственное и муниципальное, 962.37kb.

Основные пути загрязнения гидросферы:

1) загрязнение нефтью и нефтепродуктами. Приводит к появ­лению нефтяных пятен, что затрудняет процессы фотосинтеза в воде из-за прекращения доступа солнечных лучей, а также вызы­вает гибель растений и животных. Каждая тонна нефти создает нефтяную пленку на площади до 12 км². Восстановление пора­женных экосистем занимает 10—15 лет

2. загрязнение сточными водами в результате промышленного проИзводства, минеральными и органическими удобрениями в результа­
   те сельскохозяйственного производства, а также коммунально-бы­товыми стоками. Ведет к эвтрофикации водоемов — обогащению их питательными веществами, приводящему к чрезмерному разви­тию водорослей и гибели других экосистем водоемов с непроточ­ной водой (озер и прудов), а иногда к заболачиванию местности;
   
3. загрязнение ионами тяжелых металлов. Нарушает жизнедея­тельность водных организмов и человека;
   

4) загрязнение кислотными дождями. Приводит к закислению водоемов и гибели экосистем;

5. радиоактивное загрязнение. Связано со сбросом радиоактив­ных отходов;
   
6. тепловое загрязнение. Вызывается сбросом в водоемы подогретых вод ТЭС и АЭС. Приводит к массовому развитию сине-зеленых водорослей, так называемому цветению воды, уменьшению количе­ства кислорода и отрицательно влияет на флору и фауну водоемов;
   
7. механическое загрязнение. Повышает содержание механичес­ких примесей;
   
8. бактериальное и биологическое загрязнение. Связано с разными патогенными организмами, грибами и водорослями.
   

Мировое хозяйство сбрасывает в год 1500 км³ сточных вод раз­ной степени очистки, которые требуют 50— 100-кратного разбав­ления для придания им естественных свойств и дальнейшего очи­щения в биосфере.

Основными источниками загрязнения водоемов служат пред­приятия черной и цветной металлургии, химической и нефтехи­мической, целлюлозно-бумажной, легкой промышленности.


Черная металлургия. Объем сбрасываемых сточных вод состав­ляет 11 934 млн. м³, сброс загрязненных сточных вод достиг 850 млн. м³. Предприятия Магнитогорска, Липецка, Екатеринбурга, Челябинска, Череповца, Новокузнецка не обеспечивают норма­тивную очистку сточных вод.

Цветная металлургия. Объем сброса загрязненных сточных вод превысил 537,6 млн. м³. Сточные воды зафязнены минеральными веществами, флетореагентами (цианизы, ксантогенаты), солями тяжелых металлов (медь, свинец, цинк, ндкель, ртуть и др.), мы­шьяком, хлоридами и др.

Деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность. Главный источник образования сточных вод в отрасли — произ­водство целлюлозы, базирующееся на сульфатном и сульфитном способах варки древесины и отбелки.

Нефтеперерабатывающая промышленность. В поверхностные во­доемы предприятиями отрасли было сброшено 543,9 млн. м³ сточ­ных вод. В результате в водоемы попали в значительном количестве нефтепродукты, сульфаты, хлориды, соединения азота, фенолы, соли тяжелых металлов и др.

Химическая и нефтехимическая промышленность. в водоемы попали нефтепродукты, взвешенные веще­ства, азот общий, азот аммонийный, нитраты, хлориды, сульфа­ты, фосфор общий, цианиды, роданиды, кадмий, кобальт, мар­ганец, медь, никель, ртуть, свинец, хром, цинк, сероводород, сероуглерод, спирты, бензол, формальдегид, фурфурол, фенолы, поверхностно-активные вещества, карбамиды, пестициды, полу­фабрикаты.

Машиностроение. в первую очередь нефтепродуктами, сульфатами, хлоридами, взве­шенными веществами, цианидами, соединениями азота, солями железа, меди, цинка, никеля, хрома, молибдена, фосфора, кад­мия.

5. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКЕАНОВ И МОРЕЙ

Ежегодно в Мировой океан попадает более 10 млн т нефти и до 20 % Мирового океана уже покрыты нефтяной пленкой. В пер­вую очередь это связано с тем, что добыча нефти и газа в Миро­вом океане стала важнейшим компонентом нефтегазового комп­лекса. В 1993 г. в океане добыто 850 млн т нефти (почти 30 % миро­вой добычи). В мире пробурено около 2500 скважин.

Загрязнение гидросферы водным транспортом происходит по двум каналам: во-первых, морские и речные суда загрязняют ее отходами, получаемыми в результате эксплуатационной деятель­ности, и, во-вторых, выбросами в случае аварий, токсичных грузов, большей частью нефти и нефтепродуктов. Энергетические уста­новки судов (в основном дизельные двигатели) постоянно за­грязняют атмосферу, откуда токсичные вещества частично или почти полностью попадают в воды рек, морей и океанов.

1. Нефть и нефтепродукты являются главными загрязнителями водного бассейна. На танкерах, перевозящих нефть и ее производ­ные, перед каждой очередной загрузкой, как правило, промыва­ются емкости (танки) для удаления остатков ранее перевезенного груза. Промывочная вода, а с ней и остатки груза обычно сбрасы­ваются за борт. К числу наибо­лее распространенных и вредных загрязняющих веществ относят­ся нефть, ежегодное поступление которой в моря и океаны, по данным ООН, достигает 6...7 млн т.

Огромный ущерб Океану нанесло крушение американского су­пертанкера «Торри Каньон» у юго-западного побережья Англии в марте 1967 г.: 120 тыс. т нефти вылилось в воду и было подожжено зажигательными бомбами с самолетов. Нефть горела несколько дней. Были загрязнены пляжи и побережье Англии и Франции.

За десятилетие после катастрофы танкера «Торри Каньон» в морях и океанах погибло более 750 крупных танкеров. Большин­ство этих крушений сопровождалось массовыми выбросами неф­ти и нефтепродуктов в море.

Поля нефтяных загрязнений, формирующие локальные зоны, остаются устойчивыми во времени, поэтому в их распространении огромную роль играют океанические циркуляции. Именно они пе­реносят нефтяные загрязнения в наиболее чистые районы Миро­вого океана, в том числе и в Северный Ледовитый океан.

Поступившие в воду нефтепродукты деградируют в результате химического, фотохимического и бактериального разложения, а также деятельности некоторых морских организмов и высших растений. Однако «процесс» естественной нейтрализации нефте­продуктов достаточно длителен и может составлять от одного до нескольких месяцев.

Таким образом, нефтяные пленки являются тем техногенным фактором, который влияет на формирование и протекание гидро­логических и гидрохимических процессов в поверхностных слоях воды морей и океанов.

Нефтяные загрязнения воздействуют и на живые организмы, экранируя солнечное излучение и замедляя обновление кислоро­да в воде. В результате перестает размножаться планктон - ос­новной продукт питания морских обитателей. Толстые нефтяные пленки нередко становятся причиной гибели морских птиц.

Нефть отрицательно влияет на физиологические процессы, протекающие в живых организмах, вызывают патологические из­менения в тканях и органах, нарушает работу ферментативного аппарата, нервной системы. Нефть - своего рода наркотик для морских обитателей. Замечено, что некоторые рыбы, «хлебнув» однажды нефти, уже не стремятся покинуть отравленную зону. Кроме того, она отрицательно влияет на вкусовые качества мяса морских обитателей.


2. Происходит загрязнение Мирового океана и другими видами отходов промышленности. Во все моря мира сброшено примерно 20 млрд т мусора (1988 г.). Подсчитано, что на 1 км² океана прихо­дится в среднем 17 т отбросов. Зафиксировано, что в один день в Северное море было сброшено 98000 т отбросов (1987 г.).

До 2 млн морских птиц и 100 тыс. морских животных, в том числе до 30 тыс. тюленей, ежегодно погибают, проглотив какие-либо пласт­массовые изделия или запутавшись в обрывках сетей и тросов.

ФРГ, Бельгия, Голландия, Англия сбрасывают в Северное море ядовитые кислоты, в основном 18 — 20% серной кислоты, тяже­лые металлы в грунте и осадках сточных вод, содержащих мышьяк и ртуть, а также углеводороды, в том числе ядовитый диоксин (1987 г.).

С судов ежегодно сбрасывалось 145 млн т обычного мусора. Англия сбрасывала 5 млн т канализа­ционных стоков в год.

В результате добычи нефти из трубопроводов, связывающих не­фтяные платформы с материком, каждый год в море вытекало около 30 тыс. т нефтепродуктов. Последствия этого загрязнения нетрудно видеть. Целый ряд видов, которые некогда обитали в Северном море, в том числе лосось, осетр, устрицы, скаты и пикша, просто-напросто исчезли. Гибнут тюлени, другие обита­тели этого моря нередко страдают от инфекционных заболеваний кожи, имеют деформированный скелет и злокачественные опухо­ли. Гибнет птица, питающаяся рыбой или отравившаяся морской водой. Наблюдалось цветение ядовитых водорослей, которое при­вело к уменьшению рыбных запасов (1988 г.).

В Балтийском море в течение 1989 г. погибли 17 тыс. тюленей. Проведенные исследования показали, что ткани погибших жи­вотных буквально пропитаны ртутью, которая попадала в их орга­низм из воды.

В 1992 г. министрами 12 государств и представителем Европей­ского сообщества была подписана новая Конвенция по охране среды бассейна Балтийского моря.

Средиземному морю грозит участь превратиться в мусорную свалку, сточную яму трех континентов. Ежегодно в море попадает 60 тыс. т моющих веществ, 24 тыс. т хрома, тысячи тонн нитратов, применяемых в сельском хозяйстве. 85 % вод, сбрасываемых из 120 крупных приморских городов, не очищаются, а самоочищение (пол­ное обновление вод) Средиземного моря осуществляется через Гибралтарский пролив (1989 г.) за 80 лет.

Из-за загрязнений Аральское море с 1984 г. полностью потеряло рыбохозяйственное значение. Его уникальная экосистема погибла.

3. Тяжелые металлы. Большие массы этих соедине­ний поступают в океан через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий, так как они сохраняют токсичность бесконечно долго. Например, ртутьсодержащие со­единения (особенно метилртуть) - сильнейшие яды, действую щие на нервную систему, представляют угрозу для жизни всего живого. В 50-60-е годы XX в. в районе бухты Миномата (Япония) было зарегистрировано массовое отравление, жертвами которого стали десятки тысяч человек, употреблявших в пищу зараженную рыбу. Причиной заражения было предприятие, сбрасывающее ртуть в воду залива.

Владельцы химического комбината «Тиссо» в городке Мина-мата на острове Кюсю (Япония) долгие годы сбрасывали в океан сточные воды, насыщенные ртутью. Прибрежные воды и рыба ока­зались отравленными, и с 50-х годов XX в. 1200 человек умерли, а 100 тыс. получили отравления различной тяжести, в том числе психопаралитические заболевания.

В Мировой океан в год поступает до 2 млн т свинца, до 20 тыс. т кадмия и до 10 тыс. т ртути. Попав в морскую воду, тяжелые ме­таллы концентрируются главным образом в поверхностной плен­ке, в придонном осадке и в биоте, тогда как в самой воде они ос­таются лишь в сравнительно небольших концентрациях. Здесь особо значима поверхностная пленка, которая обычно простира­ется на глубину 50...500 мкм. Именно в данной области проте­кают все равновесные процессы массообмена между водой и ат­мосферой.

Большие количества тяжелых металлов сосредоточиваются в донных осадках. Это подтверждается тем, что концентрация ме­таллов в осадке может быть на несколько порядков выше, чем в воде.


4. РАО. Серьезную экологическую угрозу для жизни в Мировом океа­не и, следовательно, для человека представляет захоронение на морском дне радиоактивных отходов (РАО) и сброс в море жид­ких радиоактивных отходов (ЖРО). Западные страны (США, Ве­ликобритания, Франция, Германия, Италия и др.) и СССР с 1946 г. начали активно использовать океанские глубины для того, чтобы избавиться от РАО.

В 1959 г. ВМС США затопили в 120 милях от Атлантического побережья США неудачный ядерный реактор от атомной подвод­ной лодки. По данным Гринпис, СССР сбросил в море около 17 тыс. бетонных контейнеров с РАО, а также более 30 корабель­ных атомных реакторов.

Наиболее тяжелая обстановка сложилась в Баренцевом и Кар­ском морях вокруг ядерного полигона на Новой Земле. Там поми­мо бесчисленного количества контейнеров затоплено 17 реакто­ров, в том числе с ядерным топливом, несколько аварийных атом­ных подводных лодок, а также центральный отсек атомохода «Ле­нин» с тремя аварийными реакторами. Тихоокеанский флот СССР захоранивал ядерные отходы в 10 местах в Японском и Охотском морях — недалеко от берегов Сахалина и от Владивостока, в том числе 18 реакторов.

США и Япония сбрасывали отходы деятельности АЭС в Япон­ское, Охотское моря и Северный Ледовитый океан.

Жидкие радиоактивные отходы СССР сливал в дальневосточ­ных морях с 1966 по 1991 г. (в основном вблизи юго-восточной части Камчатки и в Японское море). Северный флот ежегодно сбра­сывал в воду 10 тыс. м³ таких отходов.

В 1972 г. была подписана Лондонская конвенция, запрещаю­щая сброс на дно морей и океанов радиоактивных и ядовитых химических отходов. К этой конвенции присоединилась и Россия.


6. ЗАГРЯЗНЕНИЕПОВЕРХНОСТНЫХ МАТЕРИКОВЫХ ВОД

В общем плане материковые воды обычно подразделяют на поверхностные, почвенные, подземные.

Пресные воды распределены на поверхности Земли крайне неравномерно. Так, в Европе и Азии, где проживает 70% населе­ния мира, сосредоточено лишь 39% мировых речных вод. На тер­ритории России 82% речного стока приходится на северные рай­оны страны, которые по климатическим условиям малопригодны для развития земледелия и существенно менее заселены, чем юж­ные районы, экономически более развитые, но испытывающие дефицит пресной воды.

Неравномерное распределение осадков и все возрастающее загрязнение гидросферы привели к тому, что во многих странах ощущается недостаток пресной воды. В настоящее время около 300 млн человек испытывают проблемы, связанные с нехваткой пресной воды, и это число может возрасти в 10 раз к 2025 г.

Большое количество сточных вод, нефтепродуктов и даже жид­кие радиоактивные отходы поступают в реки и озера различных регионов мира.

1. Особую опасность представляют пестициды. Попав в озера, они быстро рассеиваются и практически не угрожают 35 млн амери­канцев и канадцев, пользующихся озерной питьевой водой. Но двигаясь по пищевой цепочке, ядохимикаты достигают высокой степени концентрации. По мнению некоторых ученых, в 1991 г. она была такова, что обед из озерной форели содержал в себе больше ядовитых веществ, чем вся вода, которую человек выпи­вает за всю жизнь и в которой обитает форель. Около 40 % водных ресурсов США непригодны для питья, а 34 реки и озера настоль­ко загрязнены, что в них нельзя ни купаться, ни ловить рыбу (1994 г.).

2. Вдоль всего русла Рейна в 70 —90-е годы XX в. построено ог­ромное множество очистительных сооружений, в которые вложе­но свыше 50 млрд дол. Качество воды стало постепенно улучшать­ся. Однако произошедший в ноябре 1986 г. пожар на складах круп­ной химико-фармацевтической компании «Sandoz» в Швейцарии вызвал выброс около 30 т пестицидов и продуктов окисления в воды Рейна, в результате чего в реке погибло почти все живое до г. Карлсруэ (ФРГ).

3. В России из 60 км³ сточных вод по меньшей мере треть попада­ет в окружающую среду без всякой очистки. Наиболее загрязнены водные источники юга России, а также Московской области. Из бассейна реки Кубань в 1991 г. было забрано для производствен­ных целей 80 % годового стока, из Дона — 65 %. Из Терека и Урала современное хозяйствование забирает в среднем 50 % их стока. Боль­ше половины забираемой воды возвращается в реки без очистки. Вода не успевает самоочищаться.

В Неву каждый день попадает более 1 млн м³ загрязняющих веществ, в том числе без очистки сбрасывается 20% канализаци­онных стоков города. В Уральских реках — Чусовой, Исеть, Тагиле и Туре — концентрации меди, никеля, хрома выше предельно допустимых норм в 5 —20 раз. Енисей, Ангара и Лена загрязнены медью, цинком и фенолами. Обь на всем протя­жении от истока до устья загрязнена нефтепродуктами и фенолом в концентрациях от 5 до 17 ПДК.

Воды Амура загрязнены медью и хромом (в 5—15 раз выше ПДК). В тяжелом экологическом положении находится Волга, на берегах которой живет 60 млн человек и где производится 30 % промыш­ленной и сельскохозяйственной продукции страны. Водозабор из Волги равен 33 % (данные на 1992 г.). Объем загрязненных сточных вод, сбрасываемых в ее бассейн, составляет 37 % общего их объема на территории России.

В целом около половины населения России в 1994 г. были вы­нуждены пользоваться водой, не соответствующей гигиеничес­ким нормам и требованиям Государственного стандарта.

Большую угрозу представляют жидкие радиоактивные отходы производств ядерного топлива и оружейного плутония.

В 1991 г. стали известны последствия аварий, произошедших на химкомбинате «Маяк» около Челябинска, где с конца 40-х годов XX в. производился оружейный плутоний, а радиоактивные отхо­ды сливались в реку Теча. В 1951 г. произошла авария, были облу­чены 124 тыс. человек, а 28 тыс. получили дозы до 170 бэр (бэр — биологический эквивалент рентгена), а доза в 100 бэр приводит к хронической лучевой болезни. В 1957 г. взорвалась одна из емко­стей с жидкими отходами, выбросив в воздух почти половину чернобыльской дозы. Радиоактивное облако покрыло 23 тыс. км², где проживали 270 тыс. человек. В Челябинской, Свердловской и Курганской областях были облучены 450 тыс. человек. 2,5 чернобыль­ской дозы содержится в отходах, сброшенных в озеро Карачай, и в водной линзе под ним, которые могут влиться в реки обского стока и вызвать экологическую катастрофу в Западной Сибири до Северного Ледовитого океана.

Почти 20 чернобыльских доз заключено в емкостях вроде той, что взорвалась в 1957 г. Есть еще 200 могильников с 500 тыс. т твердых отходов и 500 млрд м³ радиоактивной воды в серии ис­кусственных водоемов в верховьях реки Течи (данные 1991 г.).

В 1996 г. 20 стран Европы договорились объединенными усили­ями бороться за сокращение вредных выбросов в общие реки и озера. Договор охватывает 150 рек и 20 озер, в том числе Урал и Днепр, Аральское море.


7. САМООЧИЩЕНИЕ ВОДОЕМОВ

Факторы самоочищения водоемов многообразны. Условно их можно разделить на три группы: физические, химические и био­логические.

Среди физических факторов первостепенное значение имеет разбавление, растворение и перемешивание поступающих загряз­нений. Хорошее перемешивание и снижение концентраций взве­шенных частиц обеспечивается интенсивным течением рек. Спо­собствует самоочищению водоемов оседание на дно нераствори­мых осадков, а также отстаивание загрязненных вод. Микроорганизмы под собственной тяжестью или осаждаясь на других органических и неорганических частицах постепенно опус­каются на дно, подвергаются действию физических факторов, что способствует быстрому отмиранию загрязняющей микрофлоры. Сдерживает этот процесс снижение температуры воды, благопри­ятствующее длительному сохранению попавших в водоем бакте­рий и вирусов. Так, в зонах с умеренным климатом река самоочи­щается через 200-300 км от места загрязнения, а на Крайнем Се­вере — через 2 тыс. км.

Обеззараживание воды происходит под влиянием ультрафио­летового излучения Солнца. Эффект обеззараживания достигается прямым губительным воздействием ультрафиолетовых лучей на белковые коллоиды и ферменты протоплазмы микробных клеток, а также на споровые организмы и вирусы.

Из химических факторов самоочищения водоемов следует от­метить окисление органических и неорганических веществ. Часто дают оценку самоочищения водоема по отношению к легко окис­ляемому органическому веществу (определяемому по биохимичес­кой потребности кислорода — ВПК) или по общему содержанию органических веществ (определяемому по химическому потребле­нию кислорода — ХПК). Оценку самоочищения производят и по содержанию конкретных соединений или их групп (фенолов, уг­леводородов, смол).

Санитарный режим водоема характеризуется прежде всего ко­личеством растворенного в нем кислорода. Его должно быть не менее 4 мг на 1 л воды в любой период года для водоемов первого и второго видов. К первому виду относятся водоемы, используемые для питьевого водоснабжения предприятий, ко второму — исполь­зуемые для купания, спортивных мероприятий, а также находящи­еся в черте населенных пунктов. Водоемы, предназначенные для со­хранения и воспроизводства пенных пород рыб, должны содержать не менее 6 мг растворенного кислорода на 1 л воды.

К биологическим факторам самоочищения водоема относятся водоросли, плесневые и дрожжевые грибки. Однако фитопланк­тон не всегда положительно воздействует на процессы самоочи­щения: в отдельных случаях массовое развитие сине-зеленых водо­рослей в искусственных водоемах можно рассматривать как про­цесс самозагрязнепия.

Самоочищению водоемов от бактерий и вирусов могут способ­ствовать и представители животного мира. Так, устрица и некото­рые амебы адсорбируют кишечные и другие вирусы. Каждый мол­люск профильтровывает в сутки более 30 л воды.

Многостадийный процесс, иногда растягивающийся на дли­тельное время, — самоочищение воды от нефти. Микроорганизмы активно окисляют ароматические углеводороды, в результате чего образуются ароматические спирты и кислоты. Часть органического вещества из нефтяной пленки переходит в форме растворимых соединений в воду, а часть осаждается в виде смолистых веществ на дно. Очищенные сточные воды нефтеперегонных заводов даже после 6—9 месяцев отстаивания оказывались токсичными для во­дорослей и дафний.


8. ПИТЬЕВАЯ ВОДА

Всемирная организация здравоохранения предупреждает, что 80 % заболеваний на планете вызваны потреблением некачествен­ной питьевой воды. Проблема чистой воды стоит перед многими странами. Каждый пятый американец в 1991 г. пил воду, загряз­ненную токсичными веществами (50 млн человек).

В России каждая пятая проба водопроводной воды не соответ­ствует санитарно-химическим нормам, каждая восьмая — микро­биологическим, а 90 % питьевой воды в стране не соответствует ре­комендуемым санитарным нормам, химическим и микробиологи­ческим стандартам. Эту воду используют 70 % городов и населенных пунктов. Больше всего нам портит жизнь хлор, используемый для дезинфекции воды. Хотя вначале он спасает от инфекций, однако потом его производные начинают медленно убивать нас, так как обладают канцерогенным, мутагенным эффектом, влияют на на­следственность. По данным американских исследователей, у людей, постоянно употребляющих хлорированную воду, вероятность рака мочевого пузыря на 21 % и рака прямой кишки на 38 % выше, чем у тех, кто пьет очищенную, но нехлорированную воду. Тем не менее в США хлорированной водой пользуются 86% населения (2002 г.).

В Японии воду очищают с помощью озона, хотя один из его недостатков состоит в том, что он не обладает таким же долговре­менным действием, как соединения хлора.

Перед употреблением водопроводную воду надо очищать. Для освобождения от хлора воду целесообразно отстаивать (от несколь­ких часов до суток). Для освобождения от микробов и хлора воду необходимо кипятить не более 1 — 3 мин.

В последнее время для доочистки воды стали использоваться различные бытовые фильтры. Фильтр должен удалять микробы, хлор и его производные, тяжелые металлы, нефтепродукты, нит­раты и нитриты, пестициды. Однако опасно и вторичное загряз­нение воды микроорганизмами, осевшими на самом фильтре.

Японцы и американцы переходят сейчас на электрохимиче­ские фильтры. Таким фильтром является российско-английский фильтр «Изумруд». Принцип его действия основан на химической реакции, проходящей под воздействием сильного электрического поля в присутствии катализатора. В результате вода полностью очи­щается от микроорганизмов, органических соединений и ионов тяжелых металлов.

Хорошо зарекомендовал себя отечественный фильтр «Аквафор», выполненный в виде насадки на кран. В этом фильтре глубокая очистка воды достигается за счет использования аквалена — сор­бента нового поколения. Это вещество применяется в медицине для очистки крови. Фильтр эффективно противодействует любым загрязнениям: бактериальным, тяжелым металлам, фенолу, хло­роформу, бензопирену.

Очистка питьевой воды.

Основные элементы очистки воды:

• введение сульфата меди и последующая аэрация для удаления неприятных вкуса и запаха;
  
• первое хлорирование для удаления болезнетворных микроорганизмов
  
• коагуляция и осаждение загрязнений из воды;
  
• фильтрование для удаления болезнетворных микроорганизмов;
  
• заключительное хлорирование для завершения уничтоже­ния микроорганизмов.
  

Для предупреждения роста водорослей и водных растений в накопительные резервуары вводят сульфат меди (медный купо­рос). Далее воду подвергают аэрации (т.е. воздействуют на нее воздухом), разбрызгивая в воздухе с помощью рядов фонтанов или пропуская через сетку. После аэрации в воду добавляют га­зообразный хлор для уничтожения болезнетворных микроорга­низмов. Не растворяющиеся в воде мельчайшие взвешенные частицы, которые придают ей тот или иной цвет, называются коллоидными. Для удаления этих частиц из воды используют процесс, именуемый коагуляцией. На первом этапе коагуляции в воду добавляют либо сульфат аммония, либо железо, в резуль­тате в воде образуются хлопьевидная взвесь. Опускаясь на дно отстойника, она перемешивается с взвешенными в воде части­цами и захватывает их. Осадок со дна отстойника удаляют скребками.

На многих водоочистных станциях в воду одновременно с сульфатом аммония или железа вводят небольшое количество крошки активированного угля, который хорошо связывает кол­лоидные частицы, находящиеся в воде. Кроме того, обработка ак­тивированным углем не только обесцвечивает воду, но и значи­тельно улучшает ее вкус и запах

Пройдя через отстойник, вода фильтруется через слой песка т.е. очищается от сравнительно крупных частиц, которые могут засорить фильтр, обеспечивающий эффективность следующего этапа очистки. Фильтрование через песок обеспечивает дальней­шее удаление частиц из воды, однако основное назначение фильтра - это захват и удержание бактерий, вирусов и других микроорганизмов. Периодически песок в фильтрах необходимо промывать для того, чтобы сохранить их способность эффективно задерживать микроорганизмы.

Несмотря на высокую эффективность песчаных фильтров для удаления из воды микробов и вирусов полностью вода от них не освобождается. Дополнительный этап очистки - второе хлорирование воды - разрушает любые микроорганизмы, ос­тающиеся после фильтрование через песок. Хлор также взаимо­действует с аммиаком, который может содержаться в воде.

Это приводит к появлению «свободного» (т.е. не прореагировавше­го) хлора в растворе. Одна из причин того, что хлорирование -столь предпочтительная дезинфекция общественных источни­ков воды, состоит в том, что этот избыточный или остаточный хлор обеспечивает быстрый и простой тест на его присутствие.

Следует отметить, что в результате хлорирования в воде может образоваться небольшое количество хлорированных углеводоро­дов, часть которых, как было установлено, обладает канцероген­ными свойствами.

Одной из альтернатив хлорированию воды является ее обезза­раживание с помощью озона. Озонирование, как и хлорирование, осуществляется просто путем контакта воды с газом. В отличие от хлорирования, при котором хлор может соединяться с углеводо­родами, содержащимися в воде, при озонировании хлорирован­ных углеводородов не образуется; наоборот, озон может разру­шать присутствующие в воде углеводороды путем их окисления

9. Методы очистки воды

Методы очистки воды при всем их многообразии можно подразделить на три группы: механические, физико-химические и биологические.

Механическая очистка

применяется прежде всего для отделения твердых и взвешенных веществ. Наибо­лее типичными в этой группе являются способы проце­живания, отстаивания, инерционного разделения, фильтрования и нефтеулавливания (как разновидность отстаивания), — все они используются для обработки сточных вод. Для водоподготовки из этой группы наи­более широко применяются отстаивание и фильтрова­ние.

1. Процеживание — первичная стадия очистки сточ­ных вод — вода пропускается через специальные ме­таллические решетки с шагом 5—25 мм, установленные наклонно. Периодически они очищаются от осадка с помощью специальных поворотных приспособлений.

2. Отстаивание происходит в специальных емкостях, которые по направлению движения воды делят на гори­зонтальные, вертикальные, радиальные и комбинирован­ные. Общими для них являются выход очищенной воды в верхней части отстойника и гравитационный принцип осаж­дения частиц, которые собираются внизу. Разновиднос­тью отстойника являются песколовки, применяющиеся для выделения частиц песка в стоках литейных цехов, окали­ны — в стоках кузнечно-прессовых и прокатных цехов и т. д. Как правило, время нахождения воды в песколовках намного меньше, чем в отстойниках, где оно доходит до 1,5 часов (для сточных вод).

3. Инерционное разделение осуществляется в гидроцик­лонах, принцип действия которых аналогичен цикло­нам для очистки газов. Различают открытые и напор­ные гидроциклоны, причем первые имеют большую производительность и малые потери напора, но проиг­рывают в эффективности очистки (особенно от мелких частиц).

4. Фильтрование осуществляется чаще всего через по­ристые связанные или несвязанные материалы. Как правило, фильтры очищают воду от тонкодисперсных примесей даже при небольших концентрациях. Фильт-роматериалы достаточно разнообразны: кварцевый пе­сок, гравий, антрацит, частички металлов и др. Песча­ные фильтры — основные очистители при водоподго-товке. Эффективный фильтр из связанных специальными смолами песчано-гравийных фракций разработан груп­пой сотрудников РГУПС (Л.Ф. Быкадоров, В.И. Коре-невский, Т.А. Шатихина).

5 Нефтеловушки в самом простом исполнении пред­ставляют собой отстойники, в которых выход очищен­ной воды происходит снизу, а нефтяная пленка собира­ется сверху.


Физико-химическая очистка

обеспечивает отделе­ние как твердых и взвешенных частиц, так и раство­ренных примесей. Она включает множество разных способов, важнейшими из которых являются экстрак­ция, флотация, нейтрализация, окисление, сорбция, коагуляция, ионообменные методы и др.

1. Экстракция — процесс разделения примесей в сме­си двух нерастворимых жидкостей (экстрагента и сточ­ной воды). Например, в специальных колонках (пусто­телых или заполненных насадками) стоки смешивают­ся с экстрагентом, отбирающим вредные вещества: так бензолом удаляется фенол.

2. Флотация — процесс всплывания примесей (чаще всего маслопродуктов) при обволакивании их пузырьками воздуха, подаваемого в сточную воду. В некоторых слу­чаях между пузырьками и примесями происходит реак­ция. Разновидность метода— электрофлотация, при которой вода дополнительно обеззараживается за счет окислительно-восстановительных процессов у электро­дов.

3 Нейтрализация — обработка воды щелочами или кис­лотами, известью, содой, аммиаком и т. п. с целью обес­печения заданной величины водородного показателя рН. Самый простой способ нейтрализации сточных вод — сме­шение кислых и щелочных стоков, если они имеются на предприятии.

4Окисление — применяется как при водоподготовке, так и при обработке сточных вод для обеззараживания воды и уничтожения токсичных биологических приме­сей. Наиболее распространенный способ — хлорирова­ние — чреват, как указывалось ранее, появлением ди­оксинов (особенно при вынужденном повышении дозы хлора летом или в период паводка, так называемом ги­перхлорировании). Необходимо постепенно переходить на другие способы, например, на комбинацию — озо­нирование и хлорирование. Озонирование — дорого и имеет более кратковременное действие, но оно перспек­тивнее. В настоящее время отрабатываются комбина­ции реагентов с ультрафиолетовой обработкой воды. Во всяком случае вода, применяемая для питья и содер­жащая характерный запах хлора, перед употреблени­ем должна отстаиваться и кипятиться, как минимум.

5. Сорбция, как и при обработке газовых выбросов, спо­собна обеспечивать эффективную очистку воды от со­лей тяжелых металлов, непредельных углеводородов, частичек красящих веществ и т. п. Лучшим сорбентом и здесь является активированный уголь, это относится и к различным минералам (шунгиту, цеолиту и др.), специально обработанным опилкам, саже, частичкам титана и др. На этих сорбентах работают многие быто­вые фильтры для воды: «Родничок*, *Роса» и др.

6. Коагуляция — обработка воды специальными реа­гентами с целью удаления нежелательных растворен­ных примесей. Широко распространена при водоподго-товке. Обработка ведется соединениями алюминия или железа, при этом образуются твердые нерастворимые примеси, отделяемые обычными способами. Для сточ­ных вод широко применяется электрокоагуляция, при которой вблизи электродов образуются ионы (резуль­тат анодного растворения материала электродов), реа­гирующие с примесями. Так отделяют тяжелые метал­лы, пианы и др.

7 . Ионообменные методы достаточно эффективны для очистки от многих растворов и даже от тяжелых ме­таллов. Очистка производится синтетической ионооб­менной смолой и, если ей предшествует механическая очистка, позволяет получить выделенные из воды ме­таллы в виде сравнительно чистых концентрированных солей.

В последнее время за рубежом (особенно для водо-подготовки) используют установки обратного осмоса. В них вода продавливается через набор специальных микропленок при высоком давлении (до 30 МПа). Эти установки чрезвычайно эффективны в качестве после­дних ступеней (т. е. для тонкой очистки). Но они дос­таточно дороги и энергоемки.


Биологическая очистка

возможна в естественных условиях и в искусственных сооружениях. И в том, и в другом случае органические примеси обрабатываются редуцентами (бактериями, простейшими, водорослями и т. п.) и превращаются в минеральные вещества. В естественных условиях очистка производится на полях фильтрации или орошения (через почву) или в биоло­гических прудах-отстойниках, в которых концентрация загрязнителей снижается до требуемых норм за счет процессов самоочищения, осуществляемых мик­роорганизмами, водорослями, беспозвоночными, пру­ды могут быть с поддувом воздуха (с искусственной аэрацией).

Большой интерес представляют высшие водные рас­тения (ВВР) для очистки воды (тростник, камыш, уруть, ряска и др.) Способность ВВР к накоплению, утилиза­ции, трансформации многих загрязняющих веществ делает их незаменимыми в общем процессе самоочи­щения водоемов. В последнее время на территории РФ получило широкое применение тропическое цветковое растение — Eichornia crassipes — эйхорния, или вод­ный гиацинт. Эйхорния может применяться там, где в течение не менее двух месяцев температура стоков на­ходится не ниже 16 °С. Эйхоряия способна поглощать все лишнее, что загрязняет воду: нефтепродукты, фе­нолы, сульфаты, фосфаты, хлориды, нитраты, СПАВы, щелочи, тяжелые металлы... Улучшает ВПК и ХПК. Уничтожает патогенные микроорганизмы гнилостного ряда, нормализует общее микробное число и Коли-ин-декс. Эйхорнию можно использовать для доочистки сточной воды на городских очистных сооружениях, а также на сельскохозяйственных и промышленных сто­ках. Есть опыт применения этого растения для очист­ки реки Темерник (г. Ростов-на-Дону).

В качестве искусственных сооружений могут при­меняться аэротенки, окситенки, метатенки и биофиль­тры.

1.Капельный биофильтр

Капельный биофильтр — наиболее распространённый тип био­реактора с неподвижной биоплёнкой, применяемый для очистки стоков. По существу, это реактор е неподвижным слоем и противо­током воздуха и жидкости. Биомасса растёт на поверхности насадки в виде плёнки.

Биофильтры представляют собой прямоугольные или круглые сооружения со сплошными стенками и двойным дном: верхним в виде колосниковой решетки и нижним — сплошным. Дренажное дно биофильтра состоит из железобетонных плит с площадью отверстий не менее 5-7% от общей площади поверх­ности фильтра. Фильтрующим материалом обычно служит щебень, галька горных пород, керамзит, шлак.




Входной поток предварительно отстоянных сточных вод с по­мощью водораспределительного устройства периодически равномер­но орошает поверхность биофильтра. В ходе просачивания сточных вод через материал фильтрующего слои происходит ряд последова­тельных процессов:

1) контакт с биопленкой, развивающейся на поверхности частиц фильтрующего материала;

2) сорбция органиче­ских веществ поверхностью микробных клеток;

3) окисление ве­ществ стоков в процессах микробного метаболизма. Через нижнюю часть биофильтра противотоком жидкости продувается воздух. Во время паузы между циклами орошения сорбирующая способность биоплёнки восстанавливается.


В настоящее время около 70% очистных сооружений Европы и Америки представляют собой капельные биофильтры. Срок службы таких биореакторов исчисляется десятками лет до 50.