Экология
региональное природопользование

Природопользование

Загрезнение водного бассейна и контроль за состоянием гидросферы

Гидросфера водная оболочка Земли, представляющая купность всех типов водоемов, включая подземные воды. Вода единственная природная жидкость, имеющаяся на поверхности Земли в большом количестве 1386 млн км3, причем она находится не только в гидросфере, но частично и в атмосфе (0,001 %) и литосфере (1,72 %).

Жизнь на Земле в основном обязана пресной воде (2,5 % от общего количества воды). Растения содержат 90 массы воды. Челоеческое тело на 2/3 состоит из воды, благодаря которой идет транспорт всех веществ в организме человека. Для жизни человекa опасна потеря 15 % запаса воды, имеющегося в организме, на 80 % состоит из воды. Основная причина естественной смерти человека обезвоживание организма. Все потери воды в организме человека возмещаются с питьем и пищей, за год человек потребляет около 1 т воды.

Подавляющая часть запасов пресной воды труднодоступна, 90 % ее заключено в ледниковых покровах или находится на различной глубине земной коры (до 200 м). Наиболее ценная часть водных ресурсов (водообновленных) заключена в реках, являющихся источниками водоснабжения населения и промышленности, источниками энергии, базой рыболовства и оросительных систем. Солнечная энергия приводит воду в постоянный круговорот, благодаря чему вода в реках обновляется за 10— 12 суток.

Однако антропогенный фактор вносит свои «поправки» как в режимы обновления воды, так и в постоянное изменение качества воды. Эти «поправки» сводятся к транспортировке отходов, когда большая часть использованной речной воды возвращается в виде сточных вод. Например, река Волга, по анализам 1992 г., на 14 % состояла из сточных вод. Самые современные методы очистки воды, включая биологические, не в состоянии освободить воду от растворенных неорганических веществ и 10 % органических загрязняющих веществ. Такая «очищенная» вода может вновь стать пригодной при не менее чем десятикратном разбавлении ее речной водой. Если сточные воды не очищены, то для экологически приемлемой нормы требуется 50 и более кратное разбавление.

Главным потребителем воды является сельское хозяйство, использующее примерно 75 % всей пресной воды. Например, для выращивания 1 т пшеницы требуется 1500 т воды, а 1 т хлопка — 1 000 т. Из отраслей промышленности наиболее водопотребляюще: энергетическая, металлургическая, химическая, пищевая, Целлюлознобумажная. В среднем по России на нужды промышенности забирается 32 % речного стока, из них 20 % теряется, а возвращаемая вода не отвечает нормативной очистке, и в результате вода во многих реках России (Волге, Печоре, Оби, Дону) не отвечает санитарноэкологическим нормам.

Наиболее ценным свойством природных вод является их спорность к самоочищению, то есть снижению концентрации загрязнений вследствие биохимических, химических, физически процессов, протекающих в водоеме. В частности, определенна фуппа органических веществ, поступивших со сточными водами, минерализуется до углекислого газа, воды и водинистых веществ. Для нормального протекания процесса необходимо 7—12кратное разбавление сточных вод и перемешивание, при котором происходят процессы турбулентной диффузии, окисления, сорбции, осаждения с образованием донных отложений и др.
Если водоем невелик, а расход сточных вод большой и разбавления недостаточны, то образуется недостаток кислорода для нормального протекания биохимических процессов, водоем умирает по механизму, рассмотренному ранее.

Если со сточными водами в водоемы попадают искусственные органические соединения (пестициды, продукты органического синтеза и др.), которых природа не знала, и нет микроорганизмов их разлагающих, то такие вещества меняют свойства воды и выносятся реками в Мировой океан, где и накапливаются. Таким же образом ведут себя в водоемах соли тяжелых металлов: ртути, кадмия, свинца, меди, а также радиоактивные вещества. Самое загрязненное на Земле Средиземное море, в котором в результате выбросов погибло 80 % рыбы.

Сточные воды делятся на: атмосферные, хозяйственнобытовые (включая сельскохозяйственные), промышленные. Основные характеристики сточных вод: температура, минеральный состав примесей, содержание кислорода (мг/л), кислотность (рН), концентрация вредных примесей (мг/л). Зафязнения, поступающие в сточные воды, можно охарактеризовать по физическому состоянию: нерастворимые, коллоидные, растворимые — и по природе минеральные, органические, бактериальные, биологические.

Условия спуска сточных вод регламентируются семью контролируемыми параметрами:
1) прозрачностью воды (сравнение с эталоном);
2) цветностью (сравнение интенсивности окраски со стандарт ной шкалой);
3) сухим остатком (масса солей и веществ после выпаривания);
4) кислотностью (рН);
5) жесткостью (содержанием солей Са2+; Mg2+);
6) содержанием кислорода;
7) биохимической потребностью в кислороде

Все эти параметры контролируются и в технологических, и в сточных водах. Однако в них нередко приходится определять и специфические компоненты, характерные для конкретных проб связанные с особенностями производства (например, содержание тяжелых металлов, цианидов, фенолов). Для анализа вод применяют химические, физикохимические и бактериологические методы, а определение их органолептических свойств основывается на использовании органов чувств исследователя.

Прозрачность воды определяют по предельной высоте столба воды, через который просматривается рисунок черного креста с толщинои линий 1 мм и четырех черных кружочков диаметром 1 мм на белом фоне. Определение выполняют в цилиндре высотой 350 см, на дне которого лежит фарфоровая пластинка с рисунком (питьевая вода должна иметь прозрачность по кресту не менее 300 см). Используется и определение прозрачности по шрифту, основанное на нахождении максимальной высоты столба, сквозь который можно прочитать стандартный шрифт, подложенный под цилиндр с водой. Прозрачность воды характеризует количество загрязняющих веществ, присутствующих в воде во взвешенном и коллоидном состояниях.
Наличие в воде мути объясняется недостаточной степенью удаления грубодиспергированных неорганических и органических примесей. Мутность можно определить гравиметрическим методом, отделив взвеси фильтрованием через плотный фильтр.

Цвет. Качественную оценку цветности воды производят, сравнивая ее с дистиллированной водой. Для этого в стаканы из бесцветного стекла наливают исследуемую и дистиллированную воду и рассматривают их на фоне белой бумаги при дневном освещении сбоку и сверху. При наличии окраски указывают цвет воды (например, слабожелтый или бурый), а при отсутствии ее воду называют бесцветной. Количественно цветность воды определяют методом колориметрии, сравнивая ее со шкалой эталонов, имитирующих эту цветность: платинокобальтовой и кобальтодихроматной.

Сухой остаток характеризует количество нелетучих веществ, держащихся в сточных водах. Его выделяют выпариванием взятого объема анализируемой воды и определяют гравиметрическим с методом. Потери при прокаливании осадка позволяют установить держание органических веществ, находящихся в воде во взвееНном состоянии. Разность между массой сухого осадка при прокаливании соответствует общей массе содержащихся минеральных примесей.

Кислотность воды обусловлена присутствием в ней угольной кислоты, а также других кислот или гидролитически кис лых солей. Перед сбросом кислых стоков в водоем кислота должна быть нейтрализована. Кислотность сточных вод определя ют титриметрическим методом, используя в качестве индикатор" фенолфталеин.

Щелочность воды зависит от присутствия в ней свободных щелочей и гидролитически щелочных солей. Общую щелочность сточных вод определяют титриметрическим путем титрования воды соляной кислотой по индикатору метиловому оранжевому.

Окисляемость воды обусловлена наличием в ней органических еществ и легко окисляющихся неорганических соединений сульфитов, нитритов, сероводорода и др.) и выражается маеоЙ кислорода, потраченного на окисление органических веществ, держащихся в 1 л воды (мг О2/л). При ее определении в качестве целителя органических веществ применяют КМпО4 (перманга0гпная окисляемость). Химическая потребность в кислороде дает представление о содержании в анализируемой воде органических веществ, способных к окислению сильными окислителями, и определяется титриметрически с использованием в качестве окислителя дихромата калия.

Биохимическая потребность в кислороде (БПК) — показатель, используемый для характеристики степени загрязнения сточных вод органическими примесями, способными разлагаться микроорганизмами с потреблением кислорода. БПК показывает, какое количество кислорода (мг О2/л) расходуется аэробными микроорганизмами на окисление органических примесей.

Полное биохимическое окисление органических веществ в воде требует длительного времени. В лабораторных условиях обычно определяют биохимическое потребление кислорода за пять суток (стандартная БПК). Сильнозагрязненные сточные воды перед определением БПК следует разбавить, чтобы после выдерживания пробы в термостате при температуре 20 °С в течение пять суток еще оставался растворенный кислород (не менее 3—4 мг/л). Сущность метода сводится к тому, что в анализируемой воде определяют содержание растворенного кислорода до и после термостатирования. Определение проводят йодометрическим методом.

Жесткость. Важнейшим показателем качества воды является Жесткость содержание в ней хлоридов, сульфатов и гидрокарбоНатов кальция и магния. Различают карбонатную жесткость, обусловленную присутствием в воде гидрокарбонатов Са и Mg, и некарбонатную, вызываемую присутствием в воде хлоридов и сульфатов Са и Mg. Суммарное содержание в воде всех солей кальция и Магния составляет общую жесткость. Ее определяют комплексочометрическим методом, карбонатную титрованием соляной Золотой в присутствии метилового оранжевого, некарбонатную четкость по разности результатов этих определений.

Наряду с перечисленными выше показателями в сточных водах определяют содержание сульфатов, хлоридов, фосфатов, кислороад И свободного хлора, используя стандартные химические мето. По содержанию сульфатов судят о минеральном составе воды: их повышенное количество свидетельствует о попадании коммунальнобытовые стоки морских вод или промышленнк6 сточных вод. Определение концентрации хлоридов позволяв контролировать постоянство солевого состава сточной воды ь процессе очистки ее солевой состав практически не меняется снижается лишь содержание органических веществ, поэтому легкое увеличение концентрации хлоридов свидетельствует о сбоях и работе очистных сооружений или попадании в сточные воды посторонних загрязняющих веществ.

Для нормального функционирования биохимической очистки требуется, чтобы содержание фосфатов в сточных водах было не ниже 3 мг/л в пересчете на Р2О5, так как фосфор необходим для микроорганизмов. Определение фосфатов в сточных водах позволяет корректировать содержание фосфора и при необходимости дополнительно подавать необходимое количество его соединений на сооружения биологической очистки.

Контроль работы очистных сооружений и качества очищенных вод наряду с определением основных показателей, общих для всех видов стоков, предусматривает и определение загрязняющих веществ, специфических для каждого отдельного производства (тяжелых металлов, цианидов, фенолов, нефтяных углеводородов). Для успешного контроля их содержания в сточных водах все чаще находят применение современные физикохимические методы анализа, в том числе: хроматография, включая газовую, жидкостную и тонкослойную; полярография; электрохимические методы анализа; ионометрия; колориметрия; люминесцентный анализ.

Хроматография метод разделения соединений, основанный на распределении вещества между двумя фазами: неподвижной с большой поверхностью и подвижной, протекающей через неподвижную фазу. Компоненты смеси селективно задерживаются стационарной фазой, причем площади пиков хроматограммы пропорциональны концентрациям соответствующих компонентов. Методом газожидкостной хроматографии в сточных водах определяют органические кислоты с длиной углеродных цепей С2 — C5> спирты, альдегиды, сложные эфиры, фенолы и другие органические соединения. Метод тонкослойной хроматографии позволяет определять в сточных водах нефтепродукты, побочные продукты синтеза изопрена, фенолы.

Полярография — это электрохимический метод анализа, в основе которого лежит зависимость между потенциалом поляризуемого рабочего электрода и силой тока, протекающего через ра твор. Анализ полярограммы позволяет сделать вывод о том, катиионы из числа определяемых и в каких концентрациях присутствуют в растворе. Нижний предел концентраций составляет 6 моль/л. К преимуществам полярографии следует отнеи возможность определения ряда ионов, присутствующих в растворе, без их предварительного разделения и возможность осуществления практически неограниченного количества повторных в одной и той же пробе. Метод полярографии успешно Используется для определения содержания в сточных водах тяжеnbix металлов, в том числе свинца, кадмия, ртути, меди, цинка, кобальта, никеля, титана, хрома, марганца. Кроме металлов полярографическим методом в сточных водах определяют ПАВ, ароматические углеводороды, нитраты.

Цонометрия анализ, основанный на использовании ионседективных электродов, представляющих собой электрохимические полуэлементы, для которых разность потенциалов на границе раздела фаз электродный материал электролит зависит от активности определяемого иона в исследуемой среде. В настоящее время предложено несколько десятков типов ионселективных электродов для обнаружения К+, Na+, Ca2+, Cu2+, Cd2+, Pb2+, CN, Г, Br, Cl, F, N0 и др. В анализе вод их используют для определения фтора, нитратов.

Колориметрия метод анализа, основанный на сравнении качественного и количественного изменения световых потоков при их прохождении через исследуемый и стандартный растворы. Определяемый компонент с помощью химической реакции переводят в окрашенное соединение, после чего измеряют интенсивность окраски полученного раствора.

Систематический анализ состава сточных вод, сбрасываемых промышленными предприятиями и предприятиями коммунального хозяйства, необходим для проверки эффективности работы очистных сооружений, оценки воздействия сбрасываемых сточных вод на водоприемники, разработки мероприятий по совершенствованию работы очистных сооружений и для осуществления дополнительных мер по охране водных объектов. Контроль за работой очистных сооружений и сбросом сточных вод имеет целью прекращение или предупреждение загрязнения водоемов и водотоков неочиЧбНными и недостаточно очищенными сточными водами.

<Очистка сточных вод от примисей
Современные представления о возникновении жизни на Земле
Главная   |   Поля   |   Жизнедеятельность   |   Природопользование   |   Безопасность   |   Карта сайта
2008-2015 © p0d.ru, E-mail:info@p0d.ru