3.Биохимические методы очистки сточных вод. Общие положения. Закономерности распада органических веществ.

Биохимические методы - основной способ очистки сточных вод, содержащих загрязнения органического происхождения, заключающийся в минерализации этих загрязнений вследствие жизнедеятельности микроорганизмов. В процессе дыхания микробов органические вещества окисляются и освобождается энергия, необходимая для жизненных функций микроорганизмов. Часть энергии идет на процессы синтеза клеточного вещества, т. е. на увеличение массы бактерий, количества активного ила и биологической пленки в очистных сооружениях.

В минерализации органич. соединений сточных вод участвуют бактерии, к-рые по своему отношению к кислороду разбиваются на 2 группы: аэробные (использующие при дыхании растворенный в воде кислород) и анаэробные (развивающиеся в отсутствии свободного кислорода). В аэробных окислит. процессах органич. вещества минерализуются до С02 и Н20. Нек-рые соединения окисляются неполностью, до промежуточных продуктов. Помимо органич. веществ, также окисляются сероводород — до серы и серной кислоты, аммиак — до азотистой и азотной кислоты (нитрификация). В анаэробных процессах распада органич. веществ образуются метан, С02 и др. газы.

Распад является разложением или разрушением сложных химических органических соединений на более простые вещества в результате химических или биологических процессов. Распад органического материала может происходить в серии реакций, которые могут быть как аэробными, с участием кислорода и образованием двуокиси углерода и воды, так и анаэробными, без участия кислорода с выделением метана и двуокиси углерода.

Аэробный распад органического соединения:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O

Анаэробный распад органического соединения:

C₆H₁₂O₆ → 3 CH₄ + 3 CO₂

Распад органического вещества также называют окислением, если химический элемент или соединение вступает в реакцию с кислородом.

В природе органическое вещество может окисляться бактериями, давая необходимую для организма энергию. Реакция окисления всегда сопровождается реакцией восстановления, и наоборот. Восстановление является освобождением химического элемента или соединения от кислорода. Например, соединения серы (SO₄^‑2) в условиях недостатка кислорода восстанавливаются и образуют вещество с резким запахом — сероводород (H₂S), при одновременном окислении органического вещества.

4.Гидросфера. Распространение воды в природе. Потребление воды. Свойства воды. Характеристика природных вод. Сточные воды.

• Гидросфе́ра  — это водная оболочка Земли.

Она образует прерывистую водную оболочку. Средняя глубина океана составляет 3800 м, максимальная (Марианская впадина Тихого океана) — 11 022 метра. Около 97 % массы гидросферы составляют соленые океанические воды, 2,2 % — воды ледников, остальная часть приходится на подземные, озерные и речные пресные воды. Общий объём воды на планете около 1 532 000 000 кубических километров. Масса гидросферы примерно 1,46*10²¹ кг. Это в 275 раз больше массы атмосферы, но лишь 1/4000 от массы всей планеты. В общем виде принято деление гидросферы на Мировой океан, континентальные воды и подземные воды. Большая часть воды сосредоточена в океане, значительно меньше — в континентальной речной сети и подземных водах. Также большие запасы воды имеются в атмосфере, в виде облаков и водяного пара. Свыше 96 % объёма гидросферы составляют моря и океаны, около 2 % — подземные воды, около 2 % — льды и снега, около 0,02 % — поверхностные воды суши. Часть воды находится в твёрдом состоянии в виде ледников, снежного покрова и ввечной мерзлоте, представляя собой криосферу.

• При изменении температуры воды изменяются и водородные связи между ее молекулами, что в свою очередь приводит к изменению ее состояния - от жидкого до твердого и газообразного. Поскольку жидкая вода является прекрасным растворителем, она редко бывает абсолютно чистой и содержит минеральные вещества в растворенном или взвешенном состоянии. Лишь 2,8% из 1,36 млрд. км3 всей имеющейся на Земле воды приходится на долю пресной, причем большая ее часть (ок. 2,2%) находится в твердом состоянии в горных и покровных ледниках (преимущественно в Антарктиде) и только 0,6% - в жидком. Примерно 98% жидкой пресной воды сосредоточено под землей. Соленые воды океанов и внутренних морей, занимающих более 70% земной поверхности, составляют 97,2% всех вод Земли. Круговорот воды в природе. Хотя общие запасы воды в мире неизменны, постоянно происходит ее перераспределение, и, таким образом, она является возобновимым ресурсом. Круговорот воды происходит под влиянием солнечной радиации, которая стимулирует испарение воды. При этом осаждаются растворенные в ней минеральные вещества. Водяной пар поднимается в атмосферу, где конденсируется, и благодаря силе тяжести вода возвращается на землю в виде осадков - дождя или снега (см. также ДОЖДЬ). Большая часть осадков выпадает над океаном и лишь менее 25% - над сушей. Около 2/3 этих осадков в результате испарения и транспирации поступает в атмосферу и лишь 1/3 стекает в реки и просачивается в грунт.

• Водопотребление - использование водных ресурсов для нужд промышленности, коммунального и сельского хозяйства. Различают возвратное (оборотное) В., при котором вода используется многократно, чем обеспечивается ресурсосбережение, и безвозвратное (т. е. однократное) В. Несмотря на то, что запас речных вод составляет 0,0001% от объема всей гидросферы, за счет быстрого возобновления и способности к самоочищению именно реки обеспечивают основной объем В. В. в мире постоянно увеличивается.

• Чистая вода прозрачна, не имеет запаха и вкуса. Наибольшую плотность она имеет при 0° С (1 г/см³). Плотность льда меньше плотности жидкой воды, поэтому лед всплывает на поверхность. Вода замерзает при 0° С и кипит при 100° С при давлении 101 325 Па. Она плохо проводит теплоту и очень плохо проводит электричество. Вода — хороший растворитель. Молекула воды имеет угловую форму атомы водорода по отношению к кислороду образуют угол, равный 104,5°. Поэтому молекула воды — диполь: та часть молекулы, где находится водород, заряжена положительно, а часть, где находится кислород, — отрицательно. Благодаря полярности молекул воды электролиты в ней диссоциируют на ионы.

В жидкой воде наряду с обычными молекулами Н₂0 содержатся ассоциированные молекулы, т. е. соединенные в более сложные агрегаты (Н₂О)_x благодаря образованию водородных связей. Наличием водородных связей между молекулами воды объясняются аномалии ее физических свойств: максимальная плотность при 4° С, высокая температура кипения (в ряду Н₂0—Н₂S — Н₂Sе) аномально высокая теплоемкость [4,18 кДж/(г • К)]. С повышением температуры водородные связи разрываются, и полный разрыв наступает при переходе воды в пар.

Вода — весьма реакционноспособное вещество. При обычных условиях она взаимодействует со многими основными и кислотными оксидами, а также со щелочными и щелочно-земельными металлами. Вода образует многочисленные соединения - кристаллогидраты.

• Водная среда включает поверхностные и подземные воды.

Поверхностные воды в основном сосредоточены в океане, --около 98% всей воды на Земле.

Подземные воды бывают солеными, соленоватыми(меньшей солености) и пресными; существующие геотермальные воды имеют повышенную температуру(более 30`С). Для производственной деятельности человечества и его хозяйственно-бытовых нужд требуется пресная вода, количество которой составляет всего лишь 2,7% общего обьема воды на Зем -ле, причем очень малая ее доля (всего 0,36%) имеется в легкодоступных для добычи местах. Большая часть пресной воды содержится в снегах и пресноводных айсбергах, находящихся в районах в основном Южного полярного круга.

• Сточные воды — любые воды и атмосферные осадки, отводимые в водоёмы с территорий промышленных предприятий и населённых мест через систему канализации или самотёком, свойства которых оказались ухудшенными в результате деятельности человека. В составе сточных вод выделяют две основных группы загрязнителей — консервативные, то есть такие, которые с трудом вступают в химические реакции и практически не поддаются биологическому разложению (примеры таких загрязнителей соли тяжёлых металлов, фенолы, пестициды) и неконсервативные, то есть такие, которые могут в том числе подвергаться процессам самоочищения водоёмов.

В состав сточных вод входят как неорганические (частицы грунта, руды и пустой породы, шлака, неорганические соли, кислоты, щёлочи); так и органические (нефтепродукты, органические кислоты), в том числе биологические объекты (грибки, бактерии, дрожжи, в том числе болезнетворные).

Очистка сточных вод — это разрушение или удаление из них загрязняющих веществ, обеззараживание и удаление патогенных организмов.

Существует большое многообразие методов очистки, которые можно разделить на следующие основные группы по основным используемым принципам:

• механические. Они основаны на процедурах процеживания, фильтрования, отстаивания, инерционного разделения. Позволяют отделить нерастворимые примеси. По стоимости механические методы очистки относятся к одним из самых дешёвых методов.

• химические. Применяются для выделения из сточных вод растворимых неорганических примесей. При обработке сточных вод реагентами происходит их нейтрализация, обесцвечивание и обеззараживание. В процессе химической очистки может накапливаться достаточно большое количество осадка.

• физико-химические. При этом используются процессы коагуляции, окисления, сорбции, экстракции, электролиза, ультрафильтрации, ионообменной очистки, обратного осмоса. Это высокопроизводительный способ очистки, отличающийся высокой стоимостью. Позволяет очистить сточные воды от мелко- и грубодисперсных частиц, а также растворённых соединений (за исключением истинно-растворенных соединений — например, солей).

• биологические. В основе этих методов лежит использование микроорганизмов, поглощающих загрязнителей сточных вод. Применяются биофильтры с тонкой бактериальной плёнкой, биологические пруды с населяющими их микроорганизмами, аэротенки с активным илом из бактерий и микроорганизмов.