Загрязнение гидросферы. 5

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………….3

1. ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГИДРОСФЕРЫ……………………..5
2. МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД………………………………14

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………22

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………………25 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ

      Вода играет решающую роль  во многих процессах, протекающих  в природе, и в обеспечении жизнедеятельности человека. В промышленности воду используют как сырье и источник энергии, как хладоагент, растворитель экстрагент, для транспортирования сырья и материалов.

      Бурное развитие промышленности  вызывает необходимость в предотвращении отрицательного воздействия производственных сточных вод на водоемы. Многие современные технологические процессы связаны со сбросом сточных вод в водные объекты.

      В связи с чрезвычайным разнообразием состава, свойств и расходов сточных вод

промышленных  предприятий необходимо применение специфиче3ских методов, а также сооружений по их локальной, предварительной и полной очистке.

      В составе инженерных коммуникаций каждого промышленного предприятия имеется комплекс канализационных сетей и сооружений, с помощью которых осуществляется отведение с территории предприятия отработанных вод (дальнейшее использование которых либо невозможно по техническим условиям, либо нецелесообразно по технико-экономическим показателям), а также сооружений по предварительной обработке сточных вод и извлечению из них ценных веществ и примесей.

      Одним из основных направлений  научно-технического прогресса является  создание малоотходных и безотходных технологических процессов. В области очистки сточных вод таким направлением является разработка канализационных систем с минимальным сбросом сточных вод в водоем или без сброса — бессточных систем.

      Наиболее рациональный способ  сокращения объема сточных вод - это создание оборотных и замкнутых систем водоснабжения, исключающий сброс воды в водоемы. При таком водоснабжении предусматривается необходимая очистка сточной воды, охлаждение оборотной воды, обработка и повторное использование сточной воды.

      Создание замкнутых систем технического  водоснабжения с извлечением  ценных компонентов в первую очередь предусматривается при строительстве новых и реконструкции действующих предприятий. Переход на бессточные системы, канализации или системы с минимальным сбросом сточных вод может быть осуществлен путем многократного использования отработанных вод и замены водяного охлаждения на воздушное. При переводе ряда отраслей промышленности на безводные технологические процессы исключается образование сточных вод. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГИДРОСФЕРЫ

      Всякий водоем или водный источник  связан с окружающей его внешней  средой. На него оказывают влияние:

    - условия формирования поверхностного  или подземного водного стока;

    - разнообразные природные явления;

    - индустрия;

    - промышленное и коммунальное  строительство;

    - транспорт;

    - хозяйственная и бытовая деятельность  человека.

      Последствием этих влияний является  привнесение в водную среду  новых, несвойственных ей веществ — загрязнителей, ухудшающих качество воды.

      Загрязнения, поступающие в водную  среду, классифицируют по разному,  в зависимости от подходов, критериев  и задач. Так, обычно выделяют  химическое, биологическое и физическое  загрязнения.

     Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных химических свойств вода за счет увеличения содержания в ней вредных примесей как неорганической, так и органической природы.

      Во-первых, это неорганические химические  вещества. Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод являются разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Большинство из них попадает в воду в результате человеческой деятельности. Тяжелые металлы поглощаются

фитопланктоном, а затем передаются по пищевой  цепи более высокоорганизованным

организмам.

      Во-вторых, это органические химические  соединения в растворимом состоянии.  Среди вносимых в океан с суши растворимых веществ, большое значение для обитателей водной среды имеют органические остатки.

      Вынос в океан органического  вещества оценивается в 300…380 млн.т./год.

Сточные воды, содержащие суспензии органического  происхождения или растворенное органическое вещество, пагубно влияют на состояние водоемов. Осаждаясь, суспензии заливают дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность донных микроорганизмов, участвующих в процессе самоочищения вод. При гниении донных осадков могут образовываться вредные соединения и отравляющие

вещества, такие как сероводород, которые  приводят к загрязнению всей воды в реке. Наличие суспензий затрудняют также проникновение света в  глубь воды и замедляет процессы фотосинтеза. Одним из основных санитарных требований, предъявляемых к качеству воды, является содержание в ней необходимого количества кислорода. Вредное действие оказывают все загрязнения, которые так или иначе содействуют снижению содержания кислорода в воде. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) — жиры, масла, смазочные материалы — образуют на поверхности воды пленку, которая препятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает степень насыщенности

воды  кислородом. Значительный объем органических веществ, большинство из которых не свойственно природным водам, сбрасывается в реки вместе с промышленными и бытовыми стоками. Нарастающее загрязнение водоемов и водостоков наблюдается во всех промышленных странах.

      В связи с быстрыми темпами  урбанизации и несколько замедленным строительством очистных сооружений или их неудовлетворительной эксплуатацией водные бассейны и почва загрязняются бытовыми отходами. Особенно ощутимо загрязнение в водоемах с замедленным течением или непроточных (водохранилища, озера).

      Разлагаясь в водной среде, органические отходы могут стать средой для патогенных организмов. Вода, загрязненная органическими отходами, становится практически непригодной для питья и других надобностей.

      Биологическое загрязнение связано  с присутствием в питьевой воде биологических примесей, то есть микроорганизмов, вызывающих заболевания.

      Бытовые жидкие отходы опасны  не только тем, что являются  источником не-

которых болезней человека (брюшной тиф, дизентерия, холера), но и тем, что требуют  для своего разложения много кислорода. Если бытовые сточные воды поступают в водоем в очень больших количествах, то содержание растворимого кислорода может

понизиться  ниже уровня, необходимого для жизни  морских и пресноводных организмов.

      В начале нашего столетия был сделан существенный шаг вперед в повышении качества очистки воды путем хлорирования. Благодаря хлорированию воды и пастеризации молока стало возможным резкое снижение смертности при заболевании брюшным

тифом.

      Физическое загрязнение - это  присутствующие в воде нерастворимые частицы

различного  происхождения.

     Важное значение имеет загрязнение  гидросферы нефтепродуктами. Благодаря

своим физико-химическим свойствам, нефтепродукты  быстро распространяются по поверхности  воды, образуя тончайшие пленки толщиной до долей миллиметра, сохраняющие, особенно на спокойной поверхности, высокую устойчивость.

      Нефть и нефтепродукты являются  наиболее распространенными загрязняющими

веществами  в Мировом океане. Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость, имеющую темно-коричневый цвет и обладающую слабой флуоресценцией.

Нефть состоит преимущественно из насыщенных алифатических и ароматических  углеводородов.

      Среди источников из которых  нефть активно попадает в гидросферу  необходимо

назвать:

    - транспортировка из районов добычи;

    - аварийные ситуации на нефтеналивном  транспорте;

    - слив за борт танкерами промывочных  и балластных вод;

    - потери при добычи из морских  скважин (за последние 30 лет,  начиная с 1964

    года, пробурено около 2000 скважин в Мировом океане, из них только в Северном

    море 1000);

    - большие массы нефти поступают  в моря по рекам, с бытовыми  и ливневыми

    стоками.

      Попадая в морскую среду, нефть:

      а) сначала растекается в виде  пленки, образуя слои различной толщины и изменяет состав спектра и интенсивность проникновения в воду света;

      б) смешиваясь с водой, нефть  образует эмульсию двух типов:

    - прямую "нефть в воде", составленную  капельками нефти диаметром до 0,5 мкм,

    менее устойчивую и характерную для нефти, содержащую поверхностно-активные

    вещества;

    - обратную "вода в нефти", которая  может сохраняться на поверхности,  переноситься течением, выбрасываться  на берег и оседать на дно.

      Детергенты (синтетические поверхностно-активные вещества - СПАВ) относятся к группе веществ, понижающих поверхностное натяжение воды. Они входят в состав синтетических моющих средств (СМС), широко применяемых в быту и промышленности.

      Вместе со сточными водами  СПАВ попадают в материковые  воды и морскую среду. СМС содержат:

    - полифосфаты натрия, в которых  растворены детергенты;

    - ряд добавочных ингредиентов, токсичных  для водных организмов: ароматизирующие  вещества, отбеливающие реагенты (персульфаты,  пербораты), кальцинированная сода, карбоксиметилцеллюлоза, силикаты натрия.

      В зависимости от природы и  структуры гидрофильной части  молекулы СПАВ

делятся на:

    - анионактивные;

    - катионоактивные;

    - амфотерные;

    - неионогенные.

      Последние не образуют ионов  в воде. Наиболее распространенными среди СПАВ являются анионактивные вещества. На их долю приходится более 15 % всех производимых в мире СПАВ.

      Присутствие СПАВ в сточных  водах промышленности связано  с использованием их в таких  процессах, как:

    - флотационное обогащение руд;

    - разделение продуктов химических  технологий;

    - получение полимеров;

    - улучшение условий бурения нефтяных  и газовых скважин;

    - борьба с коррозией оборудования;

    - в сельском хозяйстве СПАВ  применяется в составе пестицидов.

      Канцерогенные вещества - это химически  однородные соединения, проявляющие  трансформирующую активность и  способность вызывать канцерогенные,  тератогенные (нарушение процессов  эмбрионального развития) или мутагенные  изменения в организме.

     В зависимости от условий воздействия они могут приводить:

   -   к ингибированию роста;

   -   ускорению старения;

   -   нарушению индивидуального  развития и изменению генофонда  организмов.

     К веществам, обладающим канцерогенными  свойствами, относятся:

    - хлорированные алифатические углеводороды;

    - винилхлорид;

    - полициклические ароматические  углеводороды (ПАУ).

     Максимальное количество ПАУ  в современных донных осадках  Мирового

океана (более 100 мкг/кг массы сухого вещества) обнаружено в тектонически- активных зонах, подверженным глубинному термическому воздействию.

     Основные антропогенные источники  ПАУ в окружающей среде - это  пиролиз органических веществ  при сжигании различных материалов, древесины и топлива.

     Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк) относятся к числу распространенных и весьма токсичных веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединений тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу.

     Для морских биоценозов наиболее  опасны ртуть, свинец и кадмий. Ртуть переносится в океан  с материковым стоком и через  атмосферу. При выветривании осадочных и изверженных пород ежегодно выделяется 3,5 тыс.т. ртути. В составе атмосферной пыли содержится около 12 тыс.т. ртути, причем значительная часть - антропогенного происхождения. Около половины годового промышленного производства этого металла (910 тыс.т./год) различными путями попадает в океан. В районах, загрязняемых промышленными водами, концентрация ртути в растворе и взвесях сильно повышается. При этом некоторые бактерии переводят хлориды в высокотоксичную метилртуть.

     Свинец - рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей

среды: в горных породах, почвах, природных  водах, атмосфере, живых организмах. Наконец, свинец активно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйственной деятельности человека. Это выбросы с промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Миграционный поток свинца с континента в океан идет не только с речными стоками, но и через атмосферу. С континентальной пылью океан получает (20…30).103 т. свинца в год.

     Многие страны, имеющие выход  к морю, проводят захоронение  различных материалов и веществ,  в частности, грунта, вынутого  при дноуглубительных работах,  бурового шлама, отходов промышленности, строительного мусора, твердых отходов, взрывчатых и химических веществ, радиоактивных отходов. Объем захоронений составил около 10 % от всей массы загрязняющих веществ, поступающих в Мировой

океан.

     В шлаках промышленных производств  присутствуют разнообразные органические  вещества и соединения тяжелых металлов. Во время сброса при прохождении материала сквозь столб воды, часть загрязняющих веществ переходит в раствор, изменяя качество воды, другая сорбируется частицами взвеси и переходит в донные отложения. Одновременно повышается мутность воды. Наличие органических веществ часто приводит к быстрому расходованию кислорода в воде и нередко к его полному исчезновению, растворению взвесей, накоплению металлов в растворенной форме, появлению сероводорода. Присутствие большого количества органических веществ создает в грунтах устойчивую восстановительную среду, в которой возникает особый тип иловых вод, содержащих сероводород, аммиак, ионы металлов.

      В случае образования поверхностных  пленок, содержащих нефтяные углеводороды  и СПАВ, нарушается газообмен на границе воздух - вода. Загрязняющие вещества, поступающие в раствор, могут аккумулироваться в тканях и органах гидробионтов и оказывать токсическое воздействие на них.

      Тепловое загрязнение поверхности  водоемов и прибрежных морских акваторий возникает в результате сброса нагретых сточных вод электростанциями и другими

промышленными производствами. Сброс нагретых вод  во многих случаях обуславливает  повышение температуры воды в  водоемах на 6…8 оС. Площадь пятен  нагретых вод в прибрежных районах достигает 30 кв.км. Более устойчивая температурная стратификация препятствует водообмену между поверхностным и донным слоем. Растворимость кислорода уменьшается, а потребление его возрастает, поскольку с ростом температуры усиливается активность аэробных бактерий, разлагающих органическое вещество. Усиливается видовое разнообразие фитопланктона и всей флоры водорослей.

      Одним из главных источников  загрязнения водоемов являются  промышленные

сточные воды. Наиболее опасные загрязнители воды – это соли тяжелых металлов, фенолы, органические яды, нефтепродукты, насыщенная бактериями биогенная органика, синтетические моющие средства.

      Анализ сточных вод, образующихся  на современных предприятиях, показал,  что в сбрасываемых в водоемы  водах содержатся в основном продукты, которые не относятся к категории сильнотоксичных: хлориды, сульфаты, нитраты и фосфаты натрия, калия, кальция, аммония, магния, железа, меди, органические продукты, взвешенные вещества, масла, нефтепродукты, отходы древесины, зола, отходы рудообогащения и т.д. Однако от ряда производств, таких как производство хлора и каустика, минеральных удобрений, полимерных материалов, химических волокон, красителей, коксохимическое производство, целлюлозно-бумажные предприятия, энергетические предприятия и др., в водоемы вместе со стоками поступают соединения ртути, фтора, мышьяка, селена, хрома, никеля, меди, кадмия, циана, а также кислоты, щелочи, фенолы, метанол и другие вещества, содержание которых в воде строго лимитировано. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. МЕТОДЫ ОЧИСТКИ  СТОЧНЫХ ВОД

     Защита  гидросферы от вредных сбросов осуществляется применением следующих методов  и средств:

* рациональным  размещением источников сбросов  и организацией водозабора и  водоотвода;

     *  разбавлением вредных веществ в водоемах до допустимых концентраций с применением специально организованных и рассредоточенных выпусков;

     * использованием средств очистки  стоков.

     Для стимулирования предприятий к качественной очистке собственных стоков целесообразно организовывать водозабор на технологические нужды ниже по течению реки, чем сброс сточных вод.

     Если  при этом для технологических  нужд требуется чистая вода, предприятие  будет вынуждено осуществлять высокоэффективную  очистку собственных стоков.

     Рассредоточенные выпуски стоков осуществляют через трубы, проложенные поперек русла реки, этим увеличивается интенсивность перемешивания и кратность разбавления стоков.

     Методы  очистки сточных вод можно  подразделить на:

     * механические;

     * физико − химические;

     * биологические.

     Механическая  очистка сточных вод от взвешенных частиц (твердых частиц, частиц жиро−, масло− и нефтепродуктов) осуществляется:

     *  процеживанием;

     * отстаиванием;

     * обработкой в поле центробежных  сил;

     * фильтрованием;

     * флотацией.

     Процеживание применяют для удаления из сточной воды крупных волокнистых включений.

     Процесс реализуют на вертикальных и наклонных  решетках с шириной прозоров 15...20 мм и на волокноуловителях в виде ленточных и барабанных сит.

     Очистка решеток и волокноуловителей  от осадков частиц осуществляется вручную или механически.

     Отстаивание основано на свободном оседании (всплытии) примесей с плотностью, большей (меньшей) плотности воды.

     Процесс отстаивания реализуют в песколовках, отстойниках, жироуловителях.

     Песколовки  применяют для отделения частиц металла и песка размером более 250 мкм.

     Песколовки  бывают с горизонтальным, вертикальным и круговым движением воды.

     Очистка сточных вод в поле центробежных сил реализуется в гидроциклонах.

     Механизм  действия гидроциклонов аналогичен механизму действия газоочистных циклонов. Под действием центробежной силы, возникающей во вращающемся потоке, происходит более интенсивное отделение взвешенных частиц от потока воды.

     Фильтрование  используют для очистки сточных  вод от мелкодисперсных примесей как на начальной, так и конечной стадиях очистки.

     Часто используют зернистые фильтры из несвязанных или связанных (спеченных) между собой частиц.

     В зернистых фильтрах в качестве фильтроматериала применяют кварцевый песок, дробленый  шлак, гравий, антрацит и т. п.

     Отстойники  применяют для гравитационного  выделения из сточных вод более  мелких взвешенных частиц или жировых  веществ.

     По  направлению движения основного  потока воды различают отстойники вертикальные, горизонтальные, диагональные и радиальные.

     Флотация заключается в обволакивании частиц примесей мелкими пузырьками воздуха, подаваемого в сточную воду, и поднятии их на поверхность, где образуется слой пены.

     В зависимости от способа образования  пузырьков различают флотацию пневматическую (напорную, вакуумную), пенную, химическую, вибрационную, биологическую, электрофлотацию.

     На  практике наибольшее распространение  получила пневматическая, которая основывается на уменьшении растворимости газа в  воде при снижении его давления.

     При резком снижении давления происходит выделение из воды излишнего воздуха в виде пузырьков.

     Если  вода с атмосферным давлением  направляется в камеру под вакуумом, такая флотация называется вакуумной; если из −под напора в открытую камеру, − напорной.

     Флотация  осуществляется во флотационных камерах.

     Физико  − химические методы очистки применяют  для удаления из сточной воды растворимых  примесей (солей тяжелых металлов, цианидов, фторидов и др.), а в ряде случаев и для удаления взвесей.

     Как правило, физико − химическим методам  предшествует стадия очистки от взвешенных веществ.

     Из  физико −химических методов наиболее распространены электрофлотационные, коагуляционные, реагентные, ионообменные и др.

     Электрофлотация находит широкое применение наряду с пневматической флотацией для  удаления маслопродуктов и мелкодисперсных взвесей.

     Она осуществляется путем пропускания  через сточную воду электрического тока, возникающего между парами электродов (железные, стальные, алюминиевые).

     В результате электролиза воды образуются пузырьки газа, прежде всего легкого водорода, а также кислорода, которые обволакивают частички взвесей и способствуют их быстрому всплытию на поверхность.

     Электрофлотация осуществляется в электрофлотационных  установках.

     Коагуляция  − физико − химический процесс  укрупнения мельчайших коллоидных и диспергированных частиц под действием сил молекулярного притяжения.