Жпост =Жобщ – Жвр.

Результаты всех проведенных опытов заносят в табл. 4.

Таблица 4

Результаты определения органолептических и общесанитарных показателей качества воды

Соответствие полученных результатов установленным нормати-

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ И ОХРАНА ПРИРОДЫ

5.1. Виды природопользования. Классификация загрязнений

Природопользование – общественно-производственная деятельность, направленная на удовлетворение материальных и культурных потребностей общества путем использования различных видов природных ресурсов и природных условий.

53

Природопользование, согласно классификации Н.Ф. Реймерса, включает в себя:

1)охрану, возобновление и воспроизводство природных ресурсов, их извлечение и переработку;

2)использование и охрану природных условий среды жизни че-

ловека;

3)сохранение, восстановление и рациональное изменение экологического равновесия природных систем;

4)регуляцию воспроизводства человека и численности людей. Природопользование может быть рациональным и нерацио-

нальным. Нерациональное природопользование не обеспечивает со-

хранение ресурсного потенциала, ведет к оскудению и ухудшению качества природной среды, сопровождается загрязнением и истоще-

1)упрощение экосистем и разрывДбиологическихИ циклов;

2)концентрациярассеяннойАэнергииввидетепловогозагрязнения;

3)рост числа ядовитых отходов от химических производств;

4)введение в экосистемубновых видов;

5)появление генетических изменений в организмах растений и животных. и выделили-бых твердых, Сжидких, газообразных веществ, микроорганизмов или

энергий (в виде шума, звука, излучения), нехарактерных для данной экосистемы, или превышающие фоновые значения вредных для здоровья человека, животных, состояния растений и экосистем. Антропогенное загрязнение многократно превосходит по своему воздействию природное загрязнение, которое возникает в результате извержения вулканов, пыльных бурь, оползней, землетрясений и т.п.

Известно несколько классификаций загрязнений. Согласно Н.Ф. Реймерсу, загрязнения бывают:

1) химические (тяжёлые металлы, пестициды, поверхностноактивные вещества и т.п.);

54

2) физические (тепловые, шумовые, радиоактивные, электромагнитные);

3) биологические (биогенные, микробиологические, генная инженерия).

Г.В. Стадницкий и А.И. Родионов предложили следующую классификацию загрязнений:

1) ингредиентное (минеральное и органическое) – внесение совокупности веществ, чуждых естественным биоценозам: бытовые и промышленные стоки, ядохимикаты, продукты сгорания топлива и т.п.;

2) параметрическое – изменение качественных параметров окружающей среды: тепловое, шумовое, радиационное, электромагнитное); 3) биоценотическое – нарушение состава и структуры естест-

пуляций (зарегулирование водотоков в процессе строительства плотин и водохранилищ, урбанизация, вырубка лесов, распашка полей и т.п.).

К основным загрязнителям атмосферы относят углекислый газ, диоксид серы, оксиды азота, угарный газ, пыль, золу, сажу, углеводороды (особенно канцерогенные полиароматические углеводороды, такие

Главными загрязнителямиАгидросферы являются нефть и нефтепродукты, детергенты (поверхностно-активные вещества), соли тяжё-

как бенз(α)пирен), пары ртути, сероводород и радиоактивные частицы.

микаты, используемые для борьбы с вредителями, сорняками и болезнями), минеральные удобрения (если их вносят в количествах, превышающих потребности растений), отходы и отбросы производства (свалки, золо- и шлакоотвалы), нефть и нефтепродукты.

Нерациональное природопользование ведёт к истощению природных ресурсов, деградации экосистем, не оставляет шансов на выживание нашим потомкам.

Рациональное природопользование означает комплексное научно обоснованное использование природных богатств, при котором достигается максимально возможное сохранение природно-ресурсного

55

потенциала, при минимальном нарушении способности экосистем к саморегуляции и самовосстановлению.

Рациональное природопользование, с одной стороны, должно обеспечить такое состояние окружающей среды, при котором она смогла бы удовлетворить наряду с материальными потребностями запросы эстетики и отдыха. С другой стороны, рациональное природопользование должно обеспечить возможность непрерывного получения урожая полезных растений, производства животных, различных материалов путем сбалансированного цикла использования и возобновления.

Согласно закону Российской Федерации об охране окружающей среды основными принципами охраны окружающей среды являются:

1)приоритет охраны жизни и здоровья человека;

2)научно обоснованное сочетание экологических и экономических интересов; И

3)рациональное и неистощительное использование природных ресурсов; Д

4)платность природопользования;

5)соблюдение требований природоохранительного законодательства, неотвратимость ответственностиА за его нарушение;

6)гласность в работе экологических организаций, тесная связь их с общественными о ъединениямиб и населением в решении природоохранных задач;

7)международноеисотрудничество в области охраны окружающей среды.

Для реализац переч сленных принципов необходимо:

1)создание эколог чески чистых технологий, внедрение безотходных, малоотходных, ресурсосберегающих производств;

2)развитие и совершенствование экономического механизма природопользования;

3)применение мер административной и юридической ответственности за экологические правонарушения;

4)эколого-просветительская деятельность;

5)гармонизация экологических международных отношений.С

5.2. Природные ресурсы

Природными ресурсами называют природные объекты, условия и явления, которые человек использует для удовлетворения своих материальных и духовных потребностей. Известно несколько классифи-

56

каций природных ресурсов. По источникам происхождения ресурсы подразделяют:

1)на биологические – все живые компоненты биосферы (растения, животные и т.п.). Ведущим принципом рационального использования биологических ресурсов является «охрана через разумную эксплуатацию»;

2)минеральные – пригодные для использования вещественные составляющие литосферы, используемые как минеральное сырьё или источник энергии. Минеральные ресурсы могут быть рудными, если из них извлекают металлы, и нерудными, если их используют для получения неметаллов или как строительные материалы. Минеральные ресурсы, используемые как топливо (уголь, нефть, газ, горючие слан-

цы, торф, древесина, атомная энергия), называют топливно-

энергетическими; И

3)энергетические ресурсы – совокупность энергии Солнца и космоса, атомно-энергетических, топливноД-энергетических, термальных и других источников энергии.

По использованию в производстве различают:

1)земельный фонд – все Аземли сельскохозяйственного назначения, земли населённых пунктов, земли несельскохозяйственного назначения (промышленностиб, транспорта, горных выработок и т.п.);

2)лесной фонд – часть земельного фонда, на которой произрастает или может произрастать лес;

3)водные ресурсы – кол чество подземных и поверхностных вод, которые могут быть спользованы для различных целей в хозяйстве;

4)гидроэнергет ческ е ресурсы – реки, прибрежная часть мо-

рей и океанов, являющиеся источником получения энергии (ГЭС, приливные станции);

5)ресурсы фауны – обитатели вод, лесов, отмелей, которые человек может использовать, не нарушая экологическое равновесие природных экосистем;

6)полезные ископаемые – рудные и нерудные, топливноэнергетические ресурсы, природное скопление минералов в земной коре, которое может быть использовано в хозяйстве, а скопление по-

лезных ископаемых образует месторождения, запасы которых должны иметь промышленное значение.С

57

По степени истощаемости природные ресурсы делят:

1)на неисчерпаемые ресурсы – солнечная энергия, энергия ветров, приливов, то есть те ресурсы, которые существуют, пока светит Солнце, в неограниченном количестве. Воду и воздух можно отнести

кнеисчерпаемым ресурсам лишь количественно, а качественно они могут быть настолько загрязнены в результате антропогенной деятельности, что станут непригодными для использования;

2)исчерпаемые ресурсы имеют количественные ограничения, но часть их может возобновляться – такие ресурсы называются возобновимыми, к ним относят воздух, воду, растительные и животные ресурсы. Почвы относят к частично возобновимым ресурсам, так как скорость их восстановления мала по сравнению с темпами использо-

вания. Невозобновимыми ресурсами называют нефть, уголь, газ, чёрные и цветные руды. Все эти ресурсы имеютИограниченный запас в биосфере и не восстанавливаются.

По степени технической и экономическойДдоступности и форме использования выделяют потенциальные и реальные ресурсы. Реаль-

ные ресурсы в настоящее время вовлечены человеком в сферу производственной деятельности и ужеАиспользуются. К потенциальным ресурсам относят месторождения полезных ископаемых, находящиеся в труднодоступных местах,бальтернативные источники энергии, использование которых связано с ольшими материальными затратами и техническими сложностямии. По мере развития техники и технологий использование потенц альных ресурсов возможно в будущем.

По источникамСместоположению такие природные ресурсы,

как нефть, уголь, пр родный газ, торф, сланцы, относятся к депониро-

ванным энергетическим ресурсам. Солнечная энергия, космическая энергия, энергия морских приливов и отливов, геотермальная, гравитационная энергия, атмосферное электричество, земной магнетизм, энергия химических реакций и естественного атомного распада, а так-

же биоэнергия относятся к энергетическим ресурсам, участвующим в постоянном обороте и потоке энергии. К искусственно активирован-

ным источниками энергии относят атомную и термоядерную энергию. По этой классификации выделяют также атмосферные газовые ресурсы, водные ресурсы, ресурсы литосферы, растений-продуцентов, консументов, редуцентов, климатические ресурсы, познавательноинформационные ресурсы и ресурсы пространства и времени.

58

Взависимости от экономической целесообразности замены все ресурсы подразделяют на заменимые и незаменимые.

Вкачестве ресурсов могут быть использованы и отходы производства и потребления. Исходя из возможного использования, отходы могут быть возвратными (то есть повторно использованы в производстве в качестве вторичного сырья) и безвозвратными (повторно использованы быть не могут). Возвращение расходных и вспомогательных материалов и веществ в ресурсный цикл для повторного использования называется рециклингом.

Принятие наиболее целесообразных решений в использовании природных ресурсов и природных систем на основе одновременного экологического и экономического подхода называется оптимизацией

природопользования.

Для учета природных ресурсов созданаИсистема кадастров. Кадастр – это систематизированный свод сведений, содержащий качественную и количественную характеристикуДкакого-либо вида природного ресурса с его эколого-социально-экономической оценкой.Водные ресурсы – жизненноАважные (витальные), незаменимые

средства существования людей. Если без пищи человек может суще-

буется не болееС20%ивсей спользуемой пресной воды. Остальные 80% используется в промышленности и сельском хозяйстве. Одним из главных потребителей пресной воды является растениеводство.

ствовать более месяца, то ез воды – не более трёх дней. Потребности

Водные ресурсы Земли – это солёные воды океанов и морей, пресные воды рек, озёр, ручьёв, подземные воды различной степени минерализации, льды Арктики и Антарктики, снеговые шапки горных вершин, а также атмосферные осадки. Общие запасы воды на планете, благодаря круговороту воды, остаются практически неизменными, то есть количественно вода – неисчерпаемый природный ресурс. Но сбросы в объекты гидросферы бытовых и промышленных стоков приводят к такому уровню загрязнения воды, что она становится непригодной для использования, то есть качественно вода – исчерпаемый ре-

59

сурс. Воду можно очистить от загрязнения, она станет вновь пригодной для использования, то есть вода – это возобновимый ресурс.

Из всего огромного количества воды на планете только чуть более 2% – пресная вода, пригодная для использования. Причем более 70% пресной воды находится в виде льда на горных вершинах, в Арктике и Антарктиде. Большая часть запасов пресной воды приходится на долю подземных вод. Для некоторых стран подземные воды представляют главный источник водоснабжения. Однако в целом основным источником обеспечения пресной водой человечества являются реки и озёра. Из общих запасов пресной воды человечество использует лишь 0,003%. Это объясняется сложностью добычи пресной воды из подземных горизонтов, проблемами при транспортировке воды,

составляющей ледники в труднодоступных районах. Конечно, пресную воду можно получать из морской водыИпутем её опреснения, но это сложный и затратный процесс. Из всего этого следует, что к водным ресурсам надо относиться бережноД, разумно их использовать, беречь от загрязнения.

Под загрязнением водоёмов понимают снижение их биосферных функций и экологического значенияАв результате поступления в них вредных веществ. Различают физическое, химическое, биологическое, бактериальное и механическоебзагрязнения. Физическое загрязнение проявляется в ухудшении органолептических свойств: цвета, прозрачности, запаха, вкусаи, а также в изменении температуры воды, например, при сбросе нагретых сточных вод. Химическое загрязнение – это превышениеСпредельно допустимых концентраций в воде вредных химических соед нен й: солей тяжёлых металлов, нефтепродуктов, ПАВ (поверхностно-активных веществ), кислот, щелочей. Биологическое и бактериальное загрязнение проявляется в появлении в большом количестве нехарактерных для данного водоёма микроорганизмов, вирусов, бактерий. Механическое загрязнение – появление в воде нерастворимых частиц ила, песка, полимерной упаковки, древесины и т.п., то есть веществ, которые не оказывают токсического воздействия на обитателей водоёмов, но засоряют воду.

Основными источниками загрязнения поверхностных и подземных вод являются промышленные и бытовые сточные воды, атмосферные осадки, содержащие в себе компоненты газодымовых выбросов, смывы ядохимикатов и удобрений с полей, утечки нефти и нефтепродуктов.

60

Наиболее опасным загрязнителем воды считают нефть и нефтепродукты. Нефть может попасть в воду при авариях в процессе добычи, транспортировки. В морских экосистемах разлив нефти может вызвать гибель морских обитателей, так как нефть распределяется на поверхности воды в виде тонкой пленки и препятствует растворению кислорода в воде, отражает солнечные лучи, оказывает прямое токсическое действие. Естественное окисление и разложение нефти под влиянием температуры воздуха, воды, солнечного света, частичное растворение легких компонентов нефти в воде и их испарение, конечно, способствуют самоочищению водоёмов, но для полного очищения требуется очень много времени.

Большую опасность представляет радиационное загрязнение воды, которое может произойти при сбросе вод, используемых для охлаждения на АЭС, при транспортировке и переработкеИ радиоактивных отходов, при авариях на АЭС и судах с атомными реакторами. Поэтому захоронение радиоактивных отходовДв морях и океанах, называемое дампингом, представляет собой серьёзную экологическую угрозу.

В бытовых сточных водахАбольшая доля загрязнений приходится на моющие средства (детергенты, П В). Эти вещества практически не разлагаются естественным путем, в воде образуют пену, которая препятствует проникновениюбсолнечных лучей к водной растительности, нарушается процесс фотосинтеза. Кроме этого, ПАВ оказывают раздражающее итокс ческое действие на обитателей водоёмов, вызывают заболеван я г ель.

ПоступлениеСв водоёмы соединений азота и фосфора, сброс нагретой воды вызывают бурный рост водорослей, фитопланктона, которые активно потребляют кислород, растворённый в воде. Начинается гниение остатков водной растительности, вода приобретает тёмный цвет, неприятный запах, становится непригодной для использования. Такой процесс называется эвтрофикацией (цветением) водоёмов. В ходе сукцессии, вызванной эвтрофикацией водоёмов, первыми гибнут раки, так как они наиболее чувствительны к недостаткукислорода в воде.

Требования к воде, пригодной для питьевого использования, достаточно высокие. Вода должна быть нейтральной (рН = 6,5 – 7,5), безвредной по химическому составу, прозрачной, не иметь привкуса, цвета и запаха. Безвредность по химическому составу означает, что содержание в воде вредных веществ не должно превышать предельно допустимой концентрации.

61

Для того чтобы вода соответствовала всем предъявляемым к ней нормативным показателям, её необходимо очищать. Существуют механические, химические, физико-химические и биологические методы очистки воды. При механической очистке сточных вод проводят процеживание, отстаивание, фильтрацию, в результате чего удаляют до 90% нерастворимых механических примесей (песок, глина, железная окалина, зола и т.п.). В качестве аппаратов механической очистки используют решетки, песколовки, отстойники, нефте- и маслоловушки, песчаные фильтры.

К химическим методам относятся нейтрализация, осаждение и окисление загрязняющих примесей. Для нейтрализации кислот, содержащихся в сточных водах, добавляют специальные химические реагенты: известь, кальцинированную соду, аммиак. Для нейтрализации щелочных стоков через них пропускаютИкислые газы: углекислый, сернистый. Осаждение солей тяжёлых металлов в виде нерастворимых гидроксидов обычно проводятДраствором извести. Токсичные компоненты, такие как фенолы, цианиды, сульфиды, окисляют реагентом – окислителем (перманганат калия, бихромат калия, гипохлориты, пероксид водорода, озонА). В результате токсичные компоненты превращаются в менее вредные соединения.

Наиболее широко бв настоящее время используются физикохимические методы, так как они позволяют достичь высшей степени очистки. Это методыикоагуляции, флотации, сорбции, ионного обмена, обратного осмоса некоторые другие. Метод коагуляции используется для удаленСя тонкод сперсных примесей, которые не удается задержать с помощью ф льтров. К воде добавляют специальные вещества – коагулянты (чаще всего используют сульфат алюминия и хлорид железа), которые вызывают хлопьеобразование. На поверхности хлопьев адсорбируются токсичные вещества, которые удаляются вместе с осадком. Для интенсификации процесса хлопьеобразования добавляют флокулянты – специальные органические соединения, которые «сшивают» отдельные хлопья в крупные агрегаты, что значительно ускоряет процесс осаждения.

Метод флотации заключается в пропускании через сточные воды воздуха. Газовые пузырьки захватывают при движении вверх по- верхностно-активные вещества, нефть, масла, другие загрязнители, образуют на поверхности воды легко удаляемую пену.

62

Метод сорбции основан на способности некоторых пористых веществ, имеющих большую удельную площадь поверхности, удерживать за счет сил межмолекулярного взаимодействия различные загрязняющие вещества. Чаще всего в качестве сорбентов используют активированный уголь, цеолиты, силикагель, бентонитовые глины и т.п. Метод сорбции позволяет не только очистить воду от загрязнителей, но и извлечь из воды ценные компоненты и вернуть их в процесс производства.

Для очистки бытовых стоков, промышленных сточных вод цел- люлозно-бумажных, нефтеперерабатывающих, пищевых производств успешно используют биологический метод очистки. Основой метода является минерализация органических загрязнителей при помощи аэробных биохимических процессов. Биологическую очистку проводят как естественными методами (на поляхИорошения, полях фильтрации, в биологических прудах), так и в специальных аппаратах (аэротенках, метатенках, биофильтрах).ДПосле осветления сточных вод образуется осадок, который сбраживают в метатенках, затем удаляют на специальные иловые площадки и подсушивают. Осадок обычно используют как удобрение. ОсветленнаяАчасть сточных вод смешивается с активным илом, содержащим популяции гетеротрофных микроорганизмов, обогащаетсябв аэротенках кислородом для создания необходимых условий для развития микроорганизмов. После вторичного отстаивания водуиотделяют от активного ила, обеззараживают (дезинфицируют) с помощью соединений хлора (гипохлориты, хлорамин) или другихСс льных окислителей. После этого воду можно использовать в системе оборотного водоснабжения или сбрасывать в поверхностные водоёмы.

Лабораторная работа № 7 Методы очистки природных и сточных вод

Цель работы: изучить различные методы очистки воды.

Оборудование и материалы: модельные образцы сточной воды, бумажные фильтры, конические колбы объёмом 250 см3, стеклянные воронки, активированный уголь, 10% раствор сульфата алюминия Al2(SO4)3 или хлорида железа (III) FeCl3, насыщенный раствор извести

63

Са(ОН)2, раствор соляной кислоты (1 : 5) HCl, 5% раствор хлорида бария BaCl2, 10% раствор нитрата серебра AgNO3, 2 Н раствор азотной кислоты HNO3, 10% раствор роданида калия или аммония KSCN или NH4SCN, стандартная шкала цветности.

Ход работы

Опыт 1. Механическая очистка воды

Для механической очистки воды используют бумажный фильтр. Фильтруют 200 см3 исследуемой воды через бумажный фильтр, собирая фильтрат в коническую колбу объемом 250 см3. После окончания фильтрования часть фильтрата и неочищенную воду полуколичественно анализируют на содержание сульфатов, хлоридов и ионов железа, как описано в опытах 3 – 6. Оставшуюся часть отфильтрованной воды используют для определения цветности (органолептического показателя). Результаты заносят в табл. 5.

Опыт 2.СФизико-химические методы очистки

Для физико-химической очистки используют воду, прошедшую механическую очистку.

а) метод адсорбции

Для проведения адсорбционной очистки 50 см3 воды, отфильтрованной в результате механической очистки, помещают в коническую колбу объемом 250 см3, добавляют к пробе воды 1 г активированного угля, закрывают пробкой и встряхивают в течение 20 мин таким образом, чтобы жидкость не соприкасалась с пробкой. Затем пробу отфильтровывают через бумажный фильтр. В фильтрате определяют хлориды, сульфаты и ионы железа (опыты 3 – 6). Результаты

64

определения заносят в табл. 5. Следует отметить, что активированный уголь наиболее эффективен при очистке воды от нефтепродуктов и других неполярных соединений.

б) метод коагуляции

Для осаждения коллоидных примесей, которые не удаляются фильтрованием, воду обрабатывают раствором сульфата алюминия или хлорида железа.

В колбу наливают 40 см3 отфильтрованной воды, добавляют 8 см3 10% раствора сульфата алюминия. По появлению хлопьевидного осадка судят об эффективности очистки.

в) химическая очистка

Для нейтрализации воды, имеющей кислую реакцию среды (рН

< 6), а также для осаждения ионов тяжелых металлов и ионов железа воду обрабатывают раствором извести Са(ОНИ)2.

В колбу наливают 40 см3 отфильтрованной воды, добавляют 8 см3 10%-ного раствора гидроксида Дкальция Са(ОН)2. По появлению мути или осадка судят об эффективности очистки.

Содержимое колб, полученных после коагуляции и химической

очистки, отфильтровывают, в фильтрате определяют хлориды и ионы железа по той же методике. Результаты определения заносят в табл. 5.

хлорида бария BaCl2. Проббрку осторожно встряхивают. Появление

белой мути указывает на содержание в воде сульфатов. Чтобы убедиться, что осадок образован именно сульфатами, а не фосфатами или карбонатами, часть раствора отделяют в другую пробирку и добавляют несколько капель соляной кислоты. Если осадок не растворяется, это указывает на присутствие в растворе сульфатов.

Для полуколичественного определения сульфат-ионов сравнивают исследуемый раствор со стандартной шкалой (табл. 6).

Таблица 6

Стандартная шкала для определения содержания сульфатов в воде

65

Опыт 4. Определение содержания хлоридов

В пробирку налить 5 см3 воды и добавить 3…4 капли 10% раствора нитрата серебра AgNO3. Появление осадка или мути указывает на присутствие в воде хлоридов. Для полуколичественного определения хлоридов осадок оценивают по данным, приведенным в табл. 7.

Для определения содержания в воде солей трехвалентного железа налить 5 см3 исследуемой воды, добавить несколько капель 2 Н азотной кислоты HNO3 для создания кислой среды и окисления ионов двухвалентного железа в трехвалентное, затем прибавить 1 см3 10% раствора роданида калия (или роданида аммония). В присутствии ионов трехвалентного железа раствор окрашивается в красный цвет. Для

СодержаниеСкатионов железа в пробе принимается равным тому

значению, которое соответствует стандартному раствору шкалы с окраской раствора, наиболее близкой окраске пробы.

Результаты определения хлоридов, сульфатов и ионов железа заносят в табл. 5.

Опыт 6. Определение цветности

Цветность – это природное свойство воды, обусловленное наличием гуминовых веществ, которые придают ей окраску от желтоватого до коричневого цвета. Гуминовые вещества образуются при раз-

66