Image text


Экологическая безопасность

на главную страницу к перечню статей

Защита и охрана гидросферы.

Являясь самым распространённым веществом на планете, вода образует особую водную оболочку – гидросферу, в которой содержится около 1,4 млрд. км3 воды.

 

Моря и океаны занимают около 71% поверхности земного шара, поэтому существует представление о неисчерпаемости водных запасов. Воды суши составляют около 90 млн. км3, причём большая их часть присутствует в виде льда, снега или грунтовых вод, а потому является малодоступной.

 

Для человеческой деятельности пригодно около 9000 км3 пресной воды, что достаточно для обеспечения 20 млрд. человек в год. Однако в последние годы возник острый дефицит пресной воды. По данным Всемирной организации здравоохранения, примерно 1,2 млрд. человек страдают от нехватки чистой питьевой воды. Водопотребление на одного человека колеблется от 30 до 600 л/сутки. Так в Москве оно составляет – 560 л; Лондон – 260 л; Нью-Йорк – 600 л/сутки. Из них 50% объёма воды идёт на хозяйственные нужды, 20% – на коммунально-бытовые и 30% на производственные нужды.

 

Однако основным потребителем воды (73%) является сельское хозяйство. Изъятие воды на орошение из таких рек как Сырдарья и Амударья, привело к падению уровня Аральского моря на 13 м и разделению его на два водоёма – Большого и Малого морей. Как следствие этого произошло опустынивание дельт этих рек, что привело к изменению водных и наземных экосистем всего Приаральского региона, деградации почв и т. д.

 

Часто следствием создания плотин и дамб является значительное ухудшение экологической ситуации. Например, создание сети водохранилищ на Волге привело к снижению скорости водообмена в реке в 10 раз, что является основной причиной размножения сине-зеленых водорослей и «цветения» воды, сооружение защитной дамбы на Невской губе – привело к снижению водообмена с Балтийским морем и повышению уровня загрязнённости воды в Неве.

 

Постоянно увеличивается количество воды расходуемой на разбавление отходов. В 2000 году на эти цели было израсходовано более 34% общегодовой потребности человечества в пресной воде.

 

Основной причиной возникшего дефицита пресной воды является загрязнение водоёмов промышленными и бытовыми стоками. Особо опасными источниками загрязнения поверхностных вод являются отходы целлюлозо-бумажных, химических, металлургических, нефтеперерабатывающих предприятий, текстильных фабрик, сельского хозяйства.

 

Загрязняющие вещества могут попадать в водоёмы и из таких источников, как неисправные канализационные сети, скотные дворы, животноводческие фермы, ливневые и дренажные водосистемы.

 

Наиболее опасными загрязнителями водоёмов служат соли тяжёлых металлов – свинца, меди, ртути, хрома (их концентрация в теле рыб в десятки и сотни раз может превышать исходную концентрацию в воде).

 

 К распространенным загрязнителям относятся нефть и нефтепродукты, а также поверхностно-активные вещества (ПАВ) в том числе и синтетические моющие средства (СМС).

 

Для оценки загрязнённости водоёмов по тем или иным загрязнителям используют величину ПДКВ, в основу норматива которой положено максимальное загрязнение, при котором сохраняются безопасность человека и установленные условия водопользования. ПДКВ получают исключительно из экспериментов. Базовыми критериями для установления предельной концентрации вредных химических соединений являются следующие три:

 

1)Влияние на общий санитарный режим водоёмов.

 

Имеется в виду предупреждение нарушения процессов самоочищения воды от органических загрязнителей, попадающих со сточными водами, влияние на интенсивность процессов минерализации азотосодержащих веществ, интенсивность развития и отмирания сапрофитной микрофлоры. При этом определяются химическое потребление кислорода (ХПК) и биохимическое потребление кислорода (БПК).

 

ХПК – характеризует суммарное содержание в воде восстановителей органической и неорганической природы, взаимодействующих с сильными окислителями. Выражается в миллиграммах О2 на миллиграмм вещества, то есть в единицах массы кислорода, расходуемого на окисление.

 

БПК – количество кислорода необходимое при биологических процессах окисления органических веществ (исключая нитрификацию – перевод в NO2- и NO3-) в аэробных (с доступом воздуха) условиях, за определённый период инкубации (участие в реакции пробы: двое суток – БПК2, 5 – БПК5, 10 – БПК10). Выражается в мг О2 на миллиграмм вещества.

 

2)Влияние загрязнителей на органолептические свойства воды (запах, цвет, вкус).

 

3) Влияние на здоровье населения.

 

Наиболее важным свойством природных вод является их способность к самоочищению происходящему естественным путём в результате протекания взаимосвязанных физико-химических, биохимических и других процессов. Уменьшение загрязнителей неорганической природы может происходить за счёт реакций гидролиза, образования трудно растворимых осадков, адсорбции, нейтрализации, ионного обмена и др.

 

Так в природных водах ионы Сu2+ в присутствии СО2 образуют малорастворимый основной карбонат меди:

 

2Сu2+ + 3 H2O + CO2 = (CuOH)2CO3 ,↓+ 4 H+.

 

Цианид ионы могут окисляться кислородом воздуха с образованием менее ядовитых цианитов:

 

2 CN- + O2 = 2 CNO-.

 

Важную роль в процессе окисления органических веществ играют аэробные бактерии. Под их действием органические молекулы окисляются до CO2,  H2O, NO3-, SO42-,  PO43-. При избытке органического вещества в процесс его разложения включаются анаэробные микроорганизмы и основными продуктами разложения при этом являются такие ядовитые вещества, как H2S, NH3, PH3, CH4.

 

 Если загрязнение водоёма не очень велико, то восстановление качества вод может произойти за счёт естественных процессов самоочищения.

 

 Для предупреждения загрязнения водного бассейна промышленными сточными водами необходимо создание замкнутых водооборотных циклов, в которых вода периодически очищается. Основной характеристикой замкнутых водооборотных систем является критерий кратности использования воды в обороте, рассчитываемый по формуле:

 

n = Vисп / V3,

 

где Vисп – общий объём потребляемой предприятием воды; V3 – забор потребления свежей воды. В нашей стране его планировалось довести до 7,00 (в среднем), в он составляет США – 27.

 

 В настоящее время основными являются следующие методы очистки сточных вод: биологические, химические, электрохимические и радиационно-химические.

 

 
 

В основе наиболее широко используемого метода биологической очистки лежит использование микрофлоры активного ила. Теоретически биологическая очистка позволяет снижать концентрацию загрязняющих органических веществ на 90 – 95%, однако на практике достигается величина около 80%. Наиболее важной технической системой, применяемой в данном методе, является аэротенка (окситенка), представляющая собой резервуар в котором за счёт постоянной прокачки воздуха через сточные воды, осуществляется перемешивание активного ила и поддержание аэробных условий.

 

Рисунок 1. Аэротенка. (рис. кликабелен).

 

Реже применяется анаэробная (бескислородная) биологическая очистка, в которой вместо аэротенки используют метанотенку, которая позволяет окислять органические вещества не до  CO2 и H2O, как при аэробной очистки, а преимущественно до метана (состав отходящих газов – CH4 (65%) и CO2 (33%)).

 

 К недостаткам данного метода следует отнести накопление большого количества активного ила, который после обезвоживания требует захоронения. Использование активного ила в качестве удобрения, как правило, невозможно, из-за присутствия в нём заметных количеств соединений тяжёлых металлов.

 

В практике химической очистки питьевых и промышленных сточных вод применяют сильные окислители – хлор, озон, пероксид водорода. В связи с тем, что хлорирование воды приводит к образованию хлороуглеводородов, опасных для здоровья человека, в последнее время всё более широкое применение находят озон и пероксид водорода.

 

Озон (О3) эффективно очищает питьевую воду, эффективно обесцвечивает её, улучшает вкусовые качества, устраняет неприятные запахи, при этом после применения разрушается за 4-8 минут за счёт взаимодействия с ионами OH -. Однако в ряде случаев, например, при наличии в стоках большого количества трудноокисляемых органических веществ, возможно образование продуктов неполного окисления, причём более опасных, чем исходные органические соединения.

 

При очистки воды очень эффективна одновременная обработка ультрафиолетовым облучением и пероксидом водорода. В ходе этой обработки происходит образование гидроксильных радикалов, способных окислять даже ненасыщенные органические соединения:

H2O2 = 2 HO·.

 

 Для очистки сточных вод от таких загрязнителей, как красители, пестициды, ПАВ и вредных микроорганизмов широко используют радиационные методы (например, γ-излучение). Механизм его действия заключается в образовании активных радикальных частиц, эффективно участвующих в процессах окисления.

 

Среди сорбционной очистки, наибольшее применение получили методы основанные на использовании ионообменных возможностей ионитов. Иониты представляют собой соединения, способные к ионному обмену при контакте с раствором электролита. Большинство ионитов это твёрдые ограниченно набухающие органические вещества состоящие из каркаса (матрицы) несущего отрицательный или положительный заряд, и подвижных противоионов, которые компенсируют своими зарядами заряд матрицы и стехиометрически обмениваются на противоионы раствора. Иониты наиболее перспективны для выделения таких загрязнителей как ионы металлов.

 

 Очевидно, что наиболее перспективным путём сохранения качества водных ресурсов, является предотвращение попадания загрязнителей в водоёмы.

 

  на главную страницу поиск