Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Основные компоненты физико-химического состава природных вод
Химические компоненты природных вод делят на 6 групп: - главные ионы; - растворенные газы; - растворенные органические вещества; - микроэлементы; - биогенные вещества; - токсичные элементы. Иногда выделяют еще одну группу – взвешенные вещества. Главные ионы. В значительных количествах в природных водах присутствуют ионы: Na+, K+, Ca2+, Mg2+, HCO3– (CO32– ), SO42–, Cl–, которые и называют главными ионами. Содержание их в пресных водоемах изменяется в широких пределах. Экспериментально установлено, что в открытом океане независимо от абсолютной концентрации соотношения между главными ионами основного солевого состава остаются примерно постоянными. Предложено подразделять все природные воды по преобладающему аниону на три класса: - гидрокарбонатные (карбонатные); - сульфатные; - хлоридные. Каждый класс по преобладающему катиону подразделяется на три группы: - кальциевую; - магниевую; - натриевую. Гидрокарбонатный и карбонатный ионы являются важнейшей составной частью ионного состава пресных и маломинерализованных природных вод суши. Появляются эти ионы в воде в результате растворения солей угольной кислоты – карбонатов кальция и магния. Соли СаСО3 и MgCO3 трудно растворимы в воде и могут перейти в раствор только в присутствии углекислого газа СаСО3 + СО2 + Н2О = Са(НСО3)2 Ионы НСО3–, СО32–, Са2+, Н+ и Н2СО3 находятся между собой в растворе в определенных количественных отношениях, определяющихся константой диссоциации угольной кислоты по первой и второй ступени (К1 = 3 . 10– 7 , К2 = 4 . 10– 11). Эти ионы и угольная кислота образуют карбонатную систему химического равновесия, т.е. изменение содержания одного из них влечет за собой изменение содержания другого, что имеет большое значение для поддержания реакции среды в природных водах. Хлорид – ионы обычно занимают первое место среди анионов в воде океанов, морей, сильно минерализованных озер, меньше их в воде рек. Источники хлорид-ионов в воде – продукты выветривания магматических пород, в которых хлор присутствует в рассеянном состоянии, колоссальные залежи хлористых солей осадочных пород, вулканические выбросы. Широкому распространению хлоридов в природных водах суши в значительной мере способствует деятельность человека, т.к. большое промышленное и физиолобиологическое значение NaCl способствует рассеянию его по земной поверхности. Ионы Cl– не усваиваются растениями и бактериями и выделяются в свободном состоянии организмами животных, поэтому круговорот их в земной коре несложен. Повышенное содержание хлоридов ухудшает вкусовые качества воды, делает ее малопригодной для питьевого водоснабжения и ограничивает применение для других целей. Концентрация хлоридов и ее колебания могут служить одним из критериев загрязненности водоема хозяйственно-бытовыми стоками.
Сульфат – ионы также важнейшие анионы природной воды и вместе с хлорид-ионами составляют главную часть анионного состава воды морей и сильно минерализованных озер. Содержание сульфат-ионов в природных водах лимитируется присутствием в воде катионов Са2+, которые образуют с сульфат-ионами малорастворимое соединение CaSO4. Основными источниками растворенных в воде сульфатов являются различные осадочные породы, в состав которых входит гипс СаSO4. 2H2O. Источниками сульфат-ионов в природной воде служат и процессы окисления самородной серы, протекающие по уравнению 2S + 3 O2 + 2 H2O = 2 H2SO4, а также окисление широко распространенных в земной коре сульфидных соединений. На содержание сульфат-ионов в природных водах оказывают влияние процессы распада и окисления органических веществ растительного и животного происхождения, содержащих серу. Вблизи населенных пунктов присутствие сульфат-ионов в воде часто оказывается результатом загрязнения ее бытовыми и промышленными сточными водами. Сульфат-ионы являются устойчивыми. При отсутствии кислорода сульфаты могут быть восстановлены обычно под действием сульфатредуцирующих бактерий, обнаруженных в морях и в водах нефтеносных месторождений, до сероводорода. Получающийся в процессе восстановления сульфатов сероводород в дальнейшем при соприкосновении с воздухом вновь окисляется вначале до серы 2 H2S + O2 = 2 H2O + 2 S, а затем до сульфатов. Повышенное содержание сульфатов в воде ухудшает ее органолептические свойства. Сульфаты могут придавать воде слабительные свойства, поэтому их содержание строго регламентируется.
При значительном содержании в воде хлоридов и сульфатов они являются причиной ее агрессивности по отношению к бетону. Так, сульфат-ионы могут взаимодействовать с известью цемента с образованием гипса, что вызывает увеличение объема и образование трещин в бетоне. Присутствие в воде значительного количества хлоридов приводит к выщелачиванию и разрушению бетонного камня вследствие образования растворимых хлоридов кальция и магния. Ионы щелочных металлов. Из ионов щелочных металлов в природных водах в наибольших количествах находятся ионы Na+, в значительно меньших – ионы К+. Подобно хлорид–ионам, ионы Na+ являются характерными ионами сильноминерализованных вод. Важнейшим источником катионов натрия в природных водах являются его залежи в виде хлористых солей, находящиеся среди различных осадочных пород морского, а в засушливых районах и континентального происхождения. Другим источником ионов щелочных металлов в природной воде являются продукты выветривания горных пород. Калий содержится, главным образом, в кислых изверженных породах (ортоклаз, мусковит), а натрий входит в состав различных алюмосиликатов. Кроме того, в ряде случаев происходит обменная адсорбция ионов Са2+ и Na+ в породах, в результате чего в растворе взамен ионов Са2+ появляется эквивалентное количество ионов Na+ по схеме: Ионы магния и кальция. Если в сильноминерализованных водах доминирует катион натрия, то в маломинерализованных водах обычно доминирует катион кальция, гораздо реже – магния. Основным источником катионов Са2+ в природных водах являются известняки, которые растворяются угольной кислотой, находящейся в воде, с образованием гидрокарбонатов Другим источником катионов Са2+ в природных водах является гипс, весьма распространенный в осадочных породах. Катионы магния поступают в воду преимущественно при растворении доломитов (MgCO3.CaCO3), мергелей или продуктов выветривания коренных пород. Присутствие катионов кальция и магния обусловливает жесткость воды. Растворенные газы. Из растворенных в воде газов наибольшее значение имеют кислород и оксид углерода (IV) (углекислый газ), а также азот, сероводород, метан и др. Растворимость газа в воде зависит от его природы, парциального давления и температуры. Для данной температуры растворимость может быть определена по закону Генри: С = К×Р, где С – растворимость газа, мг/дм3; К – коэффициент пропорциональности, равный растворимости газа при данной температуре и давлении 1 атм; Р – парциальное давление газа, атм. Концентрация любого газа в воде стремится перейти в равновесие с парциальным давлением этого газа над водой, поэтому непрерывно происходят обратимые процессы сорбции и десорбции. Кислород находится в природной воде в виде растворенных молекул. Его присутствие является обязательным условием для существования большинства организмов, населяющих водоемы. Вода обогащается кислородом за счет растворения кислорода атмосферы и за счет его выделения водной растительностью в процессе фотосинтеза. Дождевые и снеговые воды обычно пересыщены кислородом, поэтому их поступление в водоем увеличивает его аэрацию. Уменьшение содержания растворенного кислорода в воде происходит вследствие его выделения в атмосферу и из-за потребления на окисление органических веществ при дыхании организмов, брожении, минерализации органических остатков. Наличие растворенного кислорода является одной из причин коррозионной агрессивности воды по отношению к металлам. Концентрация кислорода определяет величину окислительно-восстановительного потенциала и в значительной мере направление и скорость процессов химического и биохимического окисления. Кислородный режим оказывает сильное влияние на жизнь водоема.
Содержание кислорода в воде обычно выражают в мг/дм3, в природных водах его содержание колеблется в пределах от 0 до 14 мг/дм3. Углекислый газ. Углекислый газ находится в воде главным образом в виде растворенных молекул СО2. Однако часть их, около 1%, вступает во взаимодействие с водой, образуя угольную кислоту СО2 + Н2О = Н2СО3 Обычно же не разделяют СО2 и Н2СО3 и под углекислым газом подразумевают их сумму. Источником углекислого газа в природных водах являются, прежде всего, процессы окисления органического вещества, происходящие как непосредственно в воде, так и в почвах и илах, с которыми соприкасается вода. Сюда относятся дыхание водных организмов и различные виды брожения распадающихся органических остатков. Обогащают воду углекислым газом и геохимические процессы в осадочных породах. Поглощение СО2 из атмосферы наблюдается почти исключительно в морях и очень редко в водах суши. Из процессов, направленных на уменьшение СО2 в природных водах, важнейшими являются удаление в атмосферу из-за перенасыщенности воды этим газом; расходование его на переход карбонатных пород в раствор; потребление водной растительностью при фотосинтезе. Содержание углекислого газа в природных водах колеблется в очень широких пределах: от нескольких десятков долей до нескольких сотен мг/дм3. Наименьшее его количество наблюдается в морях, наибольшее – в подземных водах. Обычно весной и летом содержание диоксида углерода в водоеме понижается, а в осенне-зимний период увеличивается, достигая максимума в конце зимы. Повышенные концентрации СО2 угнетающе действуют на животные организмы. В реках и озерах из-за постоянного выделения в атмосферу, а также значительного потребления при фотосинтезе содержание СО2 редко превышает 20-30 мг/дм3. При высоких концентрациях углекислого газа воды становятся агрессивными по отношению к металлам и бетону, т.к. при этом образуются растворимые гидрокарбонаты, нарушающие структуру этих материалов.
Прочие газы. Появление в природных водах сероводорода и метана указывает на наличие гнилостных процессов, протекающих в водоемах при ограниченном доступе воздуха. В природных условиях как сероводород, так и метан чаще встречаются в подземных водах. Однако наличие этих газов, в особенности Н2S, в реках и озерах может быть следствием сброса неочищенных сточных вод. Растворенные органические вещества. Эта группа веществ включает различные органические соединения: органические кислоты, спирты, альдегиды и кетоны, сложные эфиры, белки, углеводы, амины, свободные аминокислоты и т.д. По происхождению растворенные органические вещества можно разделить на автохтонные – продукты метаболизма и биохимического распада остатков организмов – и аллохтонные, которые поступают в водную среду с поверхностными стоками с площади водосбора с ливневыми и талыми водами, с атмосферными осадками и сточными водами. При разложении отмерших растений и их гумификации образуется сложная смесь высокомолекулярных органических соединений – гумусовые вещества, прежде всего гуминовые кислоты и фульвокислоты. Поверхностный сток с заболоченной площади водосбора приносит в природную воду большое количество этих веществ. Окраска природных вод связана, как правило, с наличием в водоеме гумусовых веществ. Содержание гумусовых веществ в речных водах около 5 – 10 мг/дм3, в озерных до 150 мг/дм3. Загрязнение природных вод происходит и ядохимикатами, применяемыми в сельском хозяйстве. К числу постоянных источников органического вещества следует отнести также бытовые и промышленные сточные воды, попадающие в подземные воды и реки. Состав этих веществ весьма различен. К ним относятся поверхностно-активные вещества (ПАВ), фенолы, нефтепродукты и др. Ввиду сложности определения индивидуальных органических веществ, их многообразия и малых природных концентраций для их количественной характеристики используют косвенные показатели: общее содержание Сорг; Nорг; Рорг, перманганатную или дихроматную окисляемость воды (ХПК), биохимическое потребление кислорода (БПК). Микроэлементы. В природных водах установлено наличие более 70 химических элементов. Веществ, совершенно не растворимых в воде, нет и каждый элемент, встречающийся в земной коре, содержится и в природных водах. К микроэлементам, по А.П. Виноградову, относятся те элементы, содержание которых в воде меньше 10–3 %. В группу микроэлементов входят все металлы, кроме главных ионов и железа, а также некоторые анионы. Тяжелые металлы (медь, кобальт, никель, марганец, цинк и др.) находятся в природных водах в небольших количествах, что объясняется небольшим содержанием их в почвах и грунтах.
Среднее содержание ионов брома в пресных водах колеблется в пределах 0,001 – 0,2 мг/дм3. Содержание ионов иода значительно меньше – до 0,003 мг/дм3, в морских водах оно повышается до 0,05 мг/дм3. Содержание фтора в воде озер, рек и артезианских скважин колеблется в пределах 0,04 – 0,3 мг/дм3. Содержание бора в пресных водах примерно 0,01 мг/дм3, в морских водах – 1,5 – 4,4 мг/дм3. Биогенные вещества. К биогенным принадлежат вещества, в той или иной мере связанные своим происхождением с жизнедеятельностью водных организмов. Присутствие этих веществ в воде, в свою очередь, определяет возможность существования водных организмов. Выделение этой группы является несколько условным, т.к. в жизненных процессах принимают участие и другие ионы, в частности ионы Са2+, Mg2+, К+. Биогенные вещества находятся в воде в виде ионов, а также в виде коллоидов. Соединения азота. Из неорганических соединений азота в природной воде встречаются катионы аммония (NH4+), нитритные (NO2–) и нитратные (NO3–) анионы. Сходство их генезиса и возможность взаимного перехода одного в другой дают основание объединить их в одну группу. Основным источником появления в природной воде NH4+, а затем NO3– и NO2– являются различные сложные органические вещества животного и растительного происхождения, содержащие в своем составе белок. Некоторые микроорганизмы способны под действием протеолитических ферментов расщеплять молекулы белка на пептидные цепочки и отдельные аминокислоты:
Образовавшиеся аминокислоты далее разлагаются при участии бактерий и ферментов с выделением аммиака. Разложение (дезаминирование) аминокислот может осуществляться при участии воды (гидролитическое дезаминирование) R CHNH2COOH + H2O ® R CHOH – COOH + NH3; кислорода (окислительное дезаминирование) R CHNH2COOH + O2 ® R–СО–COOH + NH3 и водорода (восстановительное дезаминирование) R CHNH2COOH + H2 ® R CH2COOH + NH3. Процесс разложения продуктов гидролиза белковых соединений микроорганизмами с выделением аммиака называется аммонификацией. Вместе с тем катионы аммония могут появляться и другим путем – из неорганических соединений. Замечено присутствие NH4+ в болотистых водах, богатых гумусовыми веществами, которые, по-видимому, способны восстанавливать нитраты до NH4+. Нитраты и нитриты могут быть восстановлены до NH4+ и другими веществами, например, сероводородом и железом (II). Кроме того, NH4+ часто попадает в водоемы в составе промышленных сточных вод, например, азотно-туковых, содовых, коксо-газовых и других заводов. Наличие аммиака в воде всегда вызывает подозрение в загрязнении воды сточными водами. В природной воде аммиак довольно неустойчив и под влиянием нитрифицирующих бактерий окисляется сначала до азотистой кислоты, а затем до азотной кислоты (реакции нитрификации) 2 NH3 + О2 = 2 НNО2 + 2 Н2О (NH4)2СО3 + 3 О2 = 2 НNО2 + СО2 + 3 Н2О 2 НNО2 + О2 = 2 НNО3 Другим важнейшим источником непосредственного обогащения природных вод нитратами являются получающиеся при атмосферных электрических разрядах оксиды азота, которые после поглощения атмосферными водами попадают на земную поверхность. Нитратные ионы встречаются в поверхностных природных водах в количествах несколько больших, чем нитритные. В то же время в подземных водах содержание нитритов обычно значительно выше, особенно в верхних водоносных горизонтах. При исследовании поверхностных вод по соотношению содержания в них аммиака, нитритов и нитратов можно судить о времени загрязнения воды. Так, наличие в воде аммиака и отсутствие нитритов указывает на свежее загрязнение воды. Отсутствие аммиака в воде при наличии нитритов и особенно нитратов свидетельствует, что загрязнение воды произошло давно, и прошел процесс самоочищения. Соединения фосфора. Минеральный фосфор в природных водах в растворенном состоянии находится главным образом в виде гидрофосфат-иона НРО42–, в меньшей мере дигидрофосфат- иона Н2РО4–, еще меньше фосфат – иона РО43–. Содержание тех или иных ионов ортофосфорной кислоты определяется реакцией среды. Органический растворенный фосфор является составной частью сложных органических соединений. Фосфор может находиться в природной воде и во взвешенных частицах как минерального, так и органического происхождения. Соединения фосфора, хотя и присутствуют в природных водах в ничтожных количествах, имеют исключительно важное значение для развития растительной жизни, являясь зачастую одним из факторов, лимитирующих и определяющих развитие растительных организмов и, следовательно, продуктивность водоемов. Именно увеличение содержания фосфора в пресных водоемах обычно становится причиной их эвтрофирования. Соединения железа очень часто встречаются в природных водах вследствие перехода их в раствор из различных горных пород, в которых железо широко распространено. Переход железа в раствор может происходить под действием окислителей или кислот. В болотистых водах железо часто находится в виде сложных гумусовых комплексов. Форма, в которой железо находится в природных водах, может быть весьма разнообразной. Преобладающее в подземных водах закисное железо присутствует в воде водоемов в виде растворимых солей гидрокарбоната железа (II) Fe(HCO3)2 и карбоната FeCO3, которые устойчивы только при содержании больших количеств СО2 и отсутствии кислорода. В противном случае происходит гидролиз, и железо переходит в малорастворимый гидроксид железа (II) Fe(HCO3)2 + 2 Н2О = Fe(OН)2 + 2 Н2СО3, который далее легко окисляется в гидроксид железа (III) 4 Fe(ОH)2 + О2 + 2 Н2О = 4 Fe(ОH)3. Процесс окисления во многих случаях протекает при участии микроорганизмов, которые используют выделяющуюся при этом энергию в процессе жизнедеятельности. Fe(ОH)3 очень мало растворим, но может присутствовать в растворе в коллоидном состоянии, которое, по-видимому, является основной формой существования железа в поверхностных водах. Воды, содержащие железо в значительных количествах, обычно имеют кислую реакцию среды. Это характерно для железистых вод, если происхождение железа связано с растворением сульфата железа (III). Fe2(SO4)3 + 6 H2O = 2 Fe(OH)3 + 3 H2SO4 Соединения железа (III) чаще встречаются в поверхностных водах (сотые, реже десятые доли мг/дм3), соединения железа (II) –преимущественно в подземных водах в несколько больших количествах (до 1 мг/дм3). Соединения кремния. Повсеместное распространение кремния в природе обеспечивает его непрерывное поступление в природные воды в виде выщелачиваемой водой кремневой кислоты и ее щелочных солей, содержащих ионы HSiO3– и SiO32–, а часть кремния находится в коллоидном состоянии, в частицах состава SiO2´ Н2О, а также в виде поликремневой кислоты состава х SiO2 ´уН2О. Кроме того, в водах присутствуют и органические соединения кремния. Наибольшие количества кремния встречаются в подземных водах, наименьшие – в поверхностных слоях открытых водоемов, где растения потребляют кремний. Обычно содержание кремния в открытых водоемах колеблется от десятых долей мг/дм3 в морях до 10 мг/дм3 в водах суши. Токсичные вещества. К этой группе веществ относят тяжелые металлы (ртуть, кадмий, свинец и др.), нефтепродукты, хлорорганические и другие пестициды, фенолы, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) и т.д. Взвешенные вещества. Содержание взвешенных веществ в воде называется мутностью и выражается в г/м3 или мг/дм3. Мутность речной воды зависит от скорости течения и расхода воды. Основная причина наличия взвешенных частиц – эрозия русла и склонов. В некоторых водоемах источником взвешенных веществ органического происхождения является планктон, развитие которого наблюдается преимущественно в летние месяцы. Производственные сточные воды нередко содержат значительные количества взвешенных частиц. Допустимое увеличение концентрации их в природных водах жестко нормируется.
1.3. Классификация природных вод по степени минерализации
Химический состав природных вод очень разнообразен и изменчив. Существует несколько классификаций воды (по происхождению, по целевому назначению и др.), но одной из важнейших является классификация по степени минерализации, т.е. по сумме растворенных в воде минеральных солей. Согласно ГОСТ 17403 – 72 природные воды по степени минерализации подразделяются следующим образом: пресные воды – от 0 до 1,0 г/кг; солоноватые воды – от 1,0 до 25 г/кг; соленые воды – от 25 до 50 г/кг; рассолы – более 50 г/кг. Предел пресных вод по степени минерализации до 1,0 г/кг основан на восприятии человеком вкуса солености свыше этой величины. Граница между солоноватыми и солеными водами установлена Н.М. Книповичем на том основании, что при минерализации 24,685 г/кг температура замерзания и температура наибольшей плотности морской воды совпадают и меняются многие свойства воды, влияющие на гидрологический режим. Граница 50 г/кг между солеными водами и рассолами принята потому, что соленость выше этой величины в морях не наблюдается, а характерна она только для соленых озер и высокоминерализованных подземных вод. Для пресных вод плотность воды близка к единице, поэтому минерализацию речных вод часто измеряют в мг/дм3. Речные воды по величине минерализации подразделяются следующим образом: воды малой минерализации – до 200 мг/дм3; воды средней минерализации – от 200 до 500 мг/ дм3; воды повышенной минерализации – от 500 до 1000 мг/дм3; воды высокой минерализации – более 1000 мг/дм3. Воды большинства рек земного шара имеют малую и среднюю минерализацию. Озерные воды по степени минерализации подразделяются на три группы: пресные – до 1 г/кг; солоноватые – от 1 до 25 г/кг; соленые – более 25 г/кг. Классификация вод по их минерализации систематизирует воды в общих чертах и не учитывает содержание отдельных ионов и газов. В соответствии с гигиеническими требованиями к качеству питьевой воды минерализация не должна превышать 1000 мг/дм3. По согласованию с органами санэпиднадзора, допускается использовать воду артезианских скважин с минерализацией до 1500 мг/дм3.
Сточные воды
Сточными водами называются воды, поступающие от населенных пунктов, промышленных или сельскохозяйственных предприятий и иных объектов, подлежащие очистке от различных примесей. В зависимости от происхождения и качественных характеристик примесей сточные воды можно разделить на четыре основные категории: – промышленные; – сельскохозяйственные; –хозяйственно-бытовые (коммунальные, фекальные); – атмосферные (или дождевые, ливневые). К хозяйственно-бытовым сточным водам относятся стоки душевых, бань, прачечных, столовых, туалетов и др. Содержание в них азота составляет в среднем 25-30 мг/дм3, а фосфора - 6-8 мг/дм3.Они содержат различные примеси, из которых примерно 58 % органических и 42 % минеральных веществ. Принято считать, что в сточные воды в сутки поступает на одного человека в граммах: аммонийного азота – 7– 8; хлоридов – 8–9; калия – 3; фосфатов – 1,5–1,8; органических веществ – 5–7. Из органических веществ в сточных водах присутствуют мочевина (до 40%), мыла (до 23,5%), жиры, крахмал и т.д. Одним из самых загрязненных составляющих бытового стока является моча. В ее составе обнаружено 229 химических соединений, в том числе 103 азотсодержащих вещества, 30 электролитов, 22 витамина, 38 гормонов, 10 энзимов, а также углеводы, липиды, органические кислоты. Атмосферные сточные воды образуются в результате выпадения дождей или при таянии снега при смывании образующимися потоками воды загрязняющих веществ с селитебных территорий, в том числе городских улиц, промышленных площадок и т.д. Промышленными сточными водами называются жидкие отходы, которые образуются при добыче органического и неорганического сырья и его переработке в промышленную продукцию, а также в процессе изготовления из него товаров широкого потребления. В зависимости от конечного получаемого продукта и применяемой технологии они содержат разнообразные минеральные и органические вещества. Промышленные сточные воды подразделяются на условно чистые и грязные. Условно чистыми водами являются воды, получающиеся в процессах охлаждения, конденсации и т.д. Эти воды охлаждаются в городских прудах или градирнях, очищаются от механических примесей и масел, а затем возвращаются в производство при небольшой добавке свежей воды. Сельскохозяйственные сточные воды подразделяются на сточные воды от животноводческих комплексов и поверхностные стоки с полей. Первый тип сточных вод характеризуется большим количеством органических загрязнителей – до 10 г/дм3, высоким содержанием азота – до 1,5 г/дм3, содержание фосфора 0,06 - 0,10 г/дм3. Поверхностные сточные воды, поступающие в водные объекты, содержат вещества, используемые в качестве удобрений и средств защиты растений от вредителей (соединения азота, фосфора, калия, пестициды). Концентрация биогенов и пестицидов в них зависит от количества вносимых химикатов, а также от правильности их складирования, хранения и применения. Грязные сточные воды подлежат очистке. Они могут подвергаться механической, физико-химической, биологической очистке, при этом могут быть использованы как деструктивные, так и регенеративные методы. Процесс очистки может происходить как на предприятии, так и на городских биологических очистных сооружениях, причем в последнем случае на предприятии должны уменьшить содержание всех загрязняющих веществ до концентраций, не вызывающих нарушений работы активного ила в аэротенках. Сточные воды, направляемые на биологическую очистку, характеризуются величиной БПК и ХПК. БПК – это биохимическое потребление кислорода, или количество кислорода, использованного при биохимических процессах окисления органических веществ (исключая процессы нитрификации) за определенный промежуток времени (2; 5; 8; 10; 20 суток). ХПК – это химическое потребление кислорода, т.е. количество кислорода, эквивалентное количеству расходуемого окислителя, необходимого для окисления всех восстановителей, содержащихся в воде. В качестве окислителя используют дихромат калия в среде концентрированной серной кислоты. Если ХПК существенно превышает БПК, это свидетельствует о высоком содержании биохимически неокисляющихся веществ. Эвтрофикация водоемов
Эвтрофирование – повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления в воде биогенных элементов под действием антропогенных и естественных факторов. Эвтрофирование представляет собой естественный процесс эволюции водоема. С момента «рождения» водоем в естественных условиях проходит несколько стадий в своем развитии: на ранних стадиях от ультраолиготрофного до олиготрофного, далее становится мезотрофным и в конце концов водоем превращается в эвтрофный и гиперэвтрофный – происходит «старение» и гибель водоема с образованием болота. Если в естественных условиях эвтрофирование какого-либо озера протекает за 1000 лет и более, то в результате антропогенного воздействия это может произойти в сто и даже тысячу раз быстрее. Антропогенная эвтрофикация связана с поступлением в водоемы значительного количества биогенных веществ, прежде всего азота и фосфора. Если отношение содержания общего азота к содержанию общего фосфора меньше 10, то первичная продукция фитопланктона лимитируется азотом, при N: P > 17 – фосфором, при N: P = 10-17 – азотом и фосфором одновременно. Для водоемов умеренной зоны решающую роль играет фосфор. В настоящее время критическими концентрациями азота и фосфора (включая общий фосфор, ортофосфаты, общий азот и растворенный неорганический азот аммоний, нитриты и нитраты) во время интенсивного перемешивания вод, при котором создаются потенциальные условия для цветения водорослей, считаются следующие: для фосфора 0,01 мг/дм3, для азота 0,3 мг/дм3. Биогенные компоненты поступают в природные экосистемы как водным, так и воздушным путем. Основными загрязнителями водоемов биогенными веществами служат азотные и фосфорные удобрения, отходы животноводства, фосфорсодержащие пестициды. К эвтрофированию может привести строительство водохранилищ без надлежащей очистки ложа, строительство плотин, образование застойных зон, тепловое загрязнение воды, сброс сточных вод, особенно коммунально-бытовых, содержащих детергенты, в том числе и прошедших биологическую очистку, Основные критерии для характеристики эвтрофирования водоемов – это: · уменьшение концентрации растворенного кислорода в водной толще; · увеличение содержания взвешенных частиц, особенно органического происхождения; · увеличение концентрации фосфора в донных отложениях; · уменьшение проникновения света (возрастание мутности воды); · увеличение концентрации газов, образующихся при разложении органических остатков при недостатке кислорода – аммиака, метана, сероводорода; · показатель кислотности воды при 100% насыщении кислородом (рН100%); · последовательная смена популяций водорослей с преобладанием сине-зеленых и зеленых водорослей; · значительное увеличение биомассы фитопланктона; · обнаружение альгитоксинов. В качестве прямого индикатора трофического состояния водоема обычно используется концентрация хлорофилла «а», который является основным фотосинтетическим пигментом. Значение его концентрации в пробе воды является репрезентативным индикатором биомассы водорослей, точной мерой эвтрофирования водоемов. Поэтому определение хлорофилла «а» регулярно используется при измерении «откликов» водоемов на биогенную нагрузку с целью их восстановления. Вследствие массового размножения сине-зеленых водорослей, вызывающих «цветение» воды, ухудшаются условия жизни гидробионтов и качество воды, прежде всего, ее органолептические свойства. Сине-зеленые водоросли в результате своей жизнедеятельности производят при определенных условиях сильнейшие токсины, которые представляют опасность для живых организмов и человека. Они не имеют ни цвета, ни запаха, не разрушаются при кипячении. Альгитоксины по своей токсичности не имеют себе равных. Они могут вызывать цирроз печени, дерматиты у людей, отравление и гибель животных. Фактором риска при использовании воды эвтрофированных водоемов является создание в них благоприятных условий для развития промежуточных форм возбудителей и переносчиков паразитарных болезней.
Самоочищение водоемов
Поступающие в водоем загрязнения вызывают в нем нарушение естественного равновесия. Способность водоема противостоять этому нарушению, освобождаться от вносимых загрязнений и составляет сущность процесса самоочищения. Самоочищение водных систем обусловлено многими природными, а иногда и техногенными факторами. К числу таких факторов относятся различные гидрологические, гидрохимические и гидробиологические процессы. Условно можно выделить три типа самоочищения: физическое, химическое, биологическое. Среди физических процессов первостепенное значение имеет разбавление (перемешивание). Хорошее перемешивание и снижение концентрации взвешенных частиц обеспечивается интенсивным течением рек. Способствует самоочищению водоемов отстаивание загрязненных вод и оседание на дно нерастворимых осадков, сорбция загрязняющих веществ взвешенными частицами и донными отложениями. Для летучих веществ важным процессом является испарение. Среди химическим факторов самоочищения водоемов главную роль играет окисление органических и неорганических веществ. Окисление происходит в воде при участии растворенного в ней кислорода, поэтому чем выше его содержание, тем быстрее и лучше протекает процесс минерализации органических остатков и самоочищения водоема. При сильном загрязнении водоема запасы растворенного кислорода быстро расходуются, а накопление его за счет физических процессов газообмена с атмосферой протекает медленно, отчего самоочищение замедляется. Самоочищение воды может происходить и вследствие некоторых других реакций, при которых образуются трудно растворимые, летучие или нетоксичные вещества, например, гидролиза пестицидов, реакции нейтрализации и др. Содержащиеся в природной воде карбонаты и гидрокарбонаты кальция и магния нейтрализуют кислоты, а растворенная в воде угольная кислота нейтрализует щелочи. Под влиянием ультрафиолетового излучения солнца в поверхностных слоях водоема происходит фоторазложение некоторых химических веществ, например ДДТ, и обеззараживание воды – гибель патогенных бактерий. Бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей объясняется их влиянием на протоплазму и ферменты микробных клеток, что вызывает их гибель. Ультрафиолетовые лучи оказывают губительное воздействие на вегетативные формы бактерий, споры грибов, цисты простейших, вирусы. Каждый водоем – это сложная живая система, где обитают бактерии, водоросли, высшие водные растения, различные беспозвоночные животные
|
||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-02-07; просмотров: 166; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.21.103.209 (0.088 с.) |