Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экология учебное пособие. Конспект лекций
.pdf
71
служит возможность морской среды к переработки большого количества органических и неорганических веществ без особого ущерба для воды. Однако эта способность не беспредельна и может рассматриваться только как вынужденная мера, временная дань общества несовершенству технологии.
Тепловое загрязнение возникает при использовании воды для отвода избыточного
тепла. Экологическая опасность теплового загрязнения природных водоёмов связана
с интенсификацией процессов жизнедеятельности водных организмов, что неизбежно должно приводить к перестройке или разрушению существующих экосистем.
К бактериальному загрязнению относятся различные микроорганизмы, в частности
дрожжевые и плесневые грибки, мелкие водоросли и бактерии (как сапрофиты, так
и патогенные формы). Оно свойственно главным образом бытовым сточным водам
и стокам некоторых промышленных предприятий. Среди последних необходимо
отметить бойни, кожевенные заводы, фабрики первичной обработки шерсти, меховые производства, биофабрики, предприятия микробиологической промышленности.
4.4. Нормирование вредных веществ, сбрасываемых в водоёмы со сточными
водами.
Поступающие в реки, озёра, водохранилища и моря загрязняющие вещества вносят
значительные изменения в установившийся режим и нарушают равновесное состояние водных экосистем, хотя водоёмы и способны к самоочищению путём биохимического распада органических веществ под действием микроорганизмов. Способность к самоочищению реки зависит от запаса растворённого кислорода, скорости
речного потока , химического состава воды, её температуры, массы взвешенных
частиц, донного осадка и др. Под воздействием природных факторов могут образовываться вторичные продукты распада загрязнений, отрицательно влияющие на качество воды. Поэтому сточные воды, а также их смеси перед спуском в водоем
должны быть очищены до такой степени, чтобы они не оказали на него вредного
влияния. В среднем 1 м3 недостаточно очищенных сточных вод промышленного
производства делает не пригодным к использованию от 10 до 50 м3 воды поверхностных источников.
Для нормального протекания процесса самоочищения прежде всего необходимо наличие в водоёме после спуска в него сточных вод растворённого кислорода. Химическое или бактериальное окисление органических веществ, содержащихся в сточных водах, приводит к снижению концентрации растворённого в воде кислорода (в
1литре воды при нормальных условиях содержится 8-9 мл растворённого кислорода,
для сравнения, в 1л. воздуха- 210 мл. кислорода). Влияние дезоксигенизирующих
реагентов выражается в замене нормальной флоры и фауны водоёма примитивной,
приспособленной к существованию в анаэробных условиях. Поэтому обобщённый
показатель, позволяющий оценить суммарное количество загрязнений в воде по поглощению кислорода. Таким показателем является биохимическое потребление кислорода ( БПК ), равное количеству кислорода, поглощаемого при окислении конкретного вещества в определённой отрезок времени (выражается в мг. потребного
72
О2 на 1г окисляемого вещества или в мг. потребного О2 на 1л раствора) и химического (бихроматного) потребления кислорода ( ХПК ). В зависимости от времени, за
которое определяется БПК, различают БПК5 (пятидневное), БПК20 (двадцатидневное) и БПК
(полное, когда окисление заканчивается). По нормам БПК
полн.
полн.
не
должно превышать в водоёмах 1ой категории 3мг/л, 2ой категории - 6 мг/л. БПК промышленных стоков в зависимости от производства и состава стоков составляет 2003000 мг О2/л. Это значит, что при сбросе таких стоков содержание кислорода в водоёме значительно уменьшается, либо он потребляется полностью. Это вызывает
гибель планктона, бентоса, рыбы и других организмов. Одновременно усиленно
развиваются анаэробные микроорганизмы, биологическое равновесие нарушается,
возникает загнивание водоёма (эвтрофикация). Следовательно, необходима очистка
стоков до такой степени, чтобы при сбросе их в водоёмы и смешении с водой БПК
соответствовал норме, установленной санитарными правилами.
Для нормирования содержания вредных веществ в воде водоёма применяют 3 лимитирующих показателя вредного действия (пороговые концентрации, мг/л):
санитарно-токсикологический показатель лимитирует токсическое действие дан-
ного вещества на людей и животных;
общесанитарный - нормирует влияние этого вещества на природные свойства во-
доема и его способность обезвреживать органические вещества;
органолептический - характеризует вкус, запах, цвет воды водоема после его
смешения со сточными водами.
Предельно- допустимой концентрацией (ПДК) вредного вещества в воде водоёмов, используемой для питьевых и культурно-бытовых целей, считается максимальная концентрация, которая не оказывает прямого или опосредственного влияния на здоровье настоящего и последующих поколений, выявляемого современными
методами исследования, при воздействия на организм человека в течении всей жизни и не ухудшает гигиенические условия водопользования.
Критерий качества (пригодности) воды для рыбохозяйственного водопользования
определяется наличием условий, обеспечивающих запасы промысловых рыб и других водных организмов и определённый уровень их уловов. При этом ПДК устанавливается такой, которая не влияет отрицательно на санитарный режим водоёма и
водные организмы наиболее слабого биологического звена по отношению к данному веществу.
ПДК вещества в воде водоёмов устанавливают по тому показателю вредного действия, которому соответствует наименьшая пороговая или подпороговая концентрация. Этот показатель определяет наиболее вероятное неблагоприятное действие
наименьших концентраций загрязняющего вещества и называется лимитирующим
показателем вредного действия.
Со сточными водами в водоём обычно сбрасывается не одно, а несколько вредных
веществ. В этом случае при нормировании учитывают совместное действие вредных
веществ, для которых уже разработаны и обоснованы ПДК. При этом требуется выполнение условия:
(Сi/С
iПДК
) 1
73
Ci - концентрация i-того вредного компонента в воде водоема; С
Вещество
Лимитируюший показатель
вредности
ПДК, мг/л
Алюминий
с. - т.
0,5
Аммиак
с. - т.
2
Ацетон
общ.
2,2
Бензин
орг.
0,1
Бензол
с. - т.
0,5
Бром
с. - т.
0,1
Железо
орг.
0,3
Кадмий
с. - т.
0,001
Карбофос
орг.
0,05
его предельно-
iПДК -
допустимая концентрация.
Для воды ПДК установлены примерно для 1000 веществ, некоторые из них представлены в таблице.
Требования к качеству воды в водоеме после сброса в него сточных вод.
В соответствии с “Правилами охраны поверхностных вод от загрязнений” качество
воды в водоёме после сброса в него сточных вод должно соответствовать следующим основным требованиям:
1. количество растворённого в воде кислорода - не менее 4 мг/л;
2. БПК
при 200С - не выше 3 мг/л;
полн.
3. содержание взвешенных частиц после сброса сточных вод не должно увеличи-
ваться более чем на 0,25 и 0,75 мг/л для водоемов соответственно 1ой и 2ой категорий.
4. минеральный осадок не должен превышать 1000мг/л, в том числе хлориды -
350мг/л и сульфаты - 500мг/л;
5. запахи и привкусы должны отсутствовать;
6. кислотность воды должна находится в пределах - 6,5< pH < 8,5
7. на поверхности воды не должно быть плавающих примесей, пленок, пятен масел,
нефтепродуктов;
8. концентрация токсичных веществ в воде водоёма не должна превышать ПДК;
9. категорически запрещен сброс в водоёмы радиоактивных сточных вод.
Таблица 4.7
Предельно допустимые концентрации (ПДК) некоторых распространённых загрязняющих веществ в водной среде.
74
Керосин
окисленный
осветительный
технический
орг.
0,01
0,05
0,001
Медь
орг.
1
Метанол
с.- т.
3
Нафталин
орг.
0,01
Ртуть
с. - т
0,0005
Свинец
с. - т.
0,03
Этилен
орг.
0,5
Этиленгликоль
с. - т.
1
Название вещества
Минимальная смертельная доза,
мг/л
Соляная кислота
200
Азотная кислота
750
Серная кислота
1
Аммиак
25
Калий
56
Углекислый натрий
250 - 300
Медный купорос
100
Фенол
10
Цианистый калий
0,5
Выполнение этих требований обязательно для проектировщиков, строителей и эксплуатационников. За их соблюдением установлен надзор и виновные в их нарушении наказываются по закону. Правила ориентируют на преимущественное сокращение объёмов сточных вод с вредными примесями путём внедрения прогрессивных
технологий и водооборотных циклов.
Для сравнения приведём смертельные дозы некоторых распространённых соединений.
Таблица 4.8
Смертельные дозы некоторых наиболее распространённых химических соединений.
75
4.5. Основные методы очистки сточных вод.
Методы очистки производственных и бытовых сточных вод можно разделить на три
группы:
механические;
физико-химические;
биологические.
В комплекс очистных сооружений, как правило, входят сооружения механической
очистки. В зависимости от требуемой степени очистки, они могут дополняться сооружениями биологической или физико-химической очистки, а при более высоких
требованиях в состав очистных сооружений включаются сооружения высокой очистки.
Перед сбросом в водоем очищенные сточные воды обеззараживаются, образующийся на всех стадиях очистки осадок или избыточная биомасса поступают на сооружения по обработке осадка. Очищенные сточные воды могут направляться в водооборотные системы промышленных предприятий, на сельскохозяйственные нужды или
сбрасываться в водоем. Отработанный осадок может утилизироваться, уничтожаться или складироваться.
4.5.1. Механическая очистка.
Механическая очистка применяется для выделении из сточных вод нерастворённых
минеральных и органических примесей. Как правило, она является методом предварительной очистки и предназначена для подготовки сточных вод к биологическим
и физико-химическим методам очистки. В результате механической очистки обеспечивается снижение количества взвешенных веществ до 90%, а органических веществ до 20%. В состав сооружений механической очистки входят решётки, различного вида уловители, отстойники, фильтры. Песколовки применяются для выделения тяжёлых минеральных примесей (в основном песка). Обезвоженный песок при
надёжном обеззараживании может быть использован при производстве дорожных
работ и изготовлении строительных материалов. Усреднители применяются для регулирования состава и расхода сточных вод. Усреднение достигается либо дифференцированием потока поступающей сточной воды, либо интенсивным перемешиванием отдельных стоков.
Первичные отстойники применяются для выделения из сточных вод взвешенных
веществ, которые под действием гравитационных сил оседают на дно отстойника
или всплывают на его поверхность.
Для очистки сточных вод, содержащих нефть и нефтепродукты, при концентрациях
более 100 мг/л применяют нефтеловушки. Эти сооружения представляют собой
прямоугольные резервуары, в которых происходит разделение нефти и воды за счёт
разности их плотностей. Нефть и нефтепродукты всплывают на поверхность, собираются и удаляются на утилизацию.
76
4.5.2. Биологическая очистка.
Биологическая очистка широко применяемый на практике метод обработки бытовых и производственных сточных вод. В его основе лежит процесс биологического
окисления органических соединений, содержащихся в сточных водах. Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов, включающим множество различных бактерий, простейших и более высокоорганизованных организмов - водорослей, грибов и т. д., связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза, антагонизма). Биологические методы очистки сточных вод близки природным микробиологическим процессам самоочищения водной среды. Здесь концентрированном виде проявляются основные
пути и закономерности биохимической трансформации загрязняющих веществ.
Биохимические методы очистки сточных вод от органических и минеральных загрязняющих веществ можно разделить на аэробные, анаэробные и комбинированные.
Аэробные методы очистки сточных вод. Эти методы применяются в основном для
минерализации органических веществ, растворенных в жидкой фазе сточных вод.
В наиболее простом виде анаэробная очистка осуществляется в естественных условиях - непосредственно в водоёме или почве. При использовании почвенных методов биологической сточные воды сбрасываются на специально приспособленные
для этой цели земельные участки (поля орошения или поля фильтрации). В почве
сточные воды подвергаются окислительному действию комплекса почвенных организмов. При этом параллельно с окислением органического вещества происходит
синтез биомассы.
К искусственно созданным сооружениям аэробной биологической очистки относятся биологические пруды, аэротенки, аэрофильтры и биофильтры.
Биологические пруды представляют собой искусственно созданные неглубокие
водоёмы. Здесь создаются условия, наиболее благоприятные для окисления органических веществ сточных вод: малая глубина, прогрев и инсоляция, высшая водная
растительность и высокая биомасса микроводорослей, насыщающих толщу воды
кислородом, обилие простейших, выедающих бактерии. На дне прудов интенсивно
размножаются обитатели донного ила: личинки насекомых, черви, моллюски. За сутки они переваривают массу ила, в 4-6 раз превышающую их вес. В таких прудах
можно выращивать рыбу, однако применять её в пищу необходимо с осторожностью, так как в жире и тканях рыб могут накапливаться токсичные вещества. Для
предотвращения загрязнения прудов ряской в них можно разводить уток. Осенью
пруды спускаются. Один раз в 2-3 года производится перепашка дна и посадка растительности.
Строительство биологических прудов рекомендуется для доочистки не только
сточных, но и речных вод, несущих загрязненные воды, перед их впадением в водохранилища. Аналогичные пруды можно рекомендовать и для доочистки дренажных
сельскохозяйственных вод в условиях поливного земледелия.
Недостатком биологических прудов являются: необходимость землеотвода под их
устройство, большая стоимость, ограниченная пропускная способность и сезонный
характер эффективной очистки.
77
Как правило, билогические пруды используются на третей ступени очистки сточных
вод. Основной процесс коммунально-промышленных сточных вод осуществляется
на станциях биологической очистки (станциях аэрации).
Аэротенк представляет собой длинный резервуар глубиной 3-6 метров, снабженный
устройством для аэрации. Поступающая в аэротенк сточная вода смешивается с активным илом, состоящим из хлопьев - скоплений микроорганизмов. В аэротенке активный ил потребляет легкоусваемые загрязняющие вещества и поступает вместе с
водой во вторичные отстойники, где отделяется от очищенной сточной воды. Осевший ил частично возвращается в аэротенк. Часть аэротенка, не контактирующая с
очищенной водой, называется регенератором. Здесь ил “отдыхает”, доусваивая сорбированные загрязняющие вещества, готовясь к принятию новой порции биохимически окисляемых веществ. Под регенератор обычно отводится 25-40% процентов
объема аэротенка. Конструктивно это осуществляется путем разделения аэротенка
на несколько коридоров, часть служит для регенерации ила. Избыточный осевший
ил из вторичных отстойников утилизируются в метантенках.
Биофильтры представляют собой сооружения, заполненные крупнозернистым материалов, поверхность которого орошается сточными водами. Орошение производится непрерывно либо периодически с промежутком 5-15 минут. При контакте
сточной воды с образующейся на поверхности загрузочного материала биопленкой
происходит сорбция и трансформация органических загрязняющих веществ клетками микроорганизмов. Материал загрузки должен иметь развитую поверхность, обладать достаточной пористостью, обеспечивающей необходимую аэрацию биофильтра и максимальный контакт очищаемой воды с биопленкой. Материал должен
быть механически прочен и не содержать токсичных для микроорганизмов примесей. В качестве загрузочного материала может использоваться щебень, шлак, галька. Аэрация биофильтра может быть искусственной и принудительной. Применение
искусственной аэрации позволяет значительно интенсифицировать работу биофильтра.
В биофильтре происходит непрерывный процесс роста и отмирания биопленки.
Омертвевшая пленка смывается протекающей водой и выносится за пределы биофильтра. Очищенная вода поступает в отстойник, где вынесенные частицы биопленки осаждаются. Эффект очисти нормально работающих биофильтров достаточно высок.
Микроорганизмы, населяющие биофильтры, идентичны тем, которые образуются
при почвенных методах очистки. Однако вследствие усиления аэрации численность
микроорганизмов в биофильтре (в расчете на единицу массы) во много раз превосходит содержание почвенных микроорганизмов на полях фильтрации.
Особенно характерно для биофильтров разрастание на поверхности загрузочного
материала различных плесневых грибов. Эти микроорганизмы также участвуют в
минерализации органических веществ, однако их чрезмерное разрастание при повышенной нагрузке на биофильтр может привести к образованию сплошной волокнистой пленки на поверхности биофильтра и вследствие этого к ухудшению аэрации, а иногда и к заиливанию фильтра. Эффективной мерой борьбы с заиливанием
является прекращение подачи сточной воды в биофильтр на 1-2 суток и перелопачивание поверхности фильтрующей загрузки. При появлении признаков заиливания
78
рекомендуется перевод биофильтра на очистку повышенного объема сточных вод с
пониженной концентрацией загрязняющих веществ.
Анаэробные методы очистки сточных вод. В случае если БПК = 5 - 10 О2/л, а
также для удаления избытка активного ила и отходов сельскохозяйственных продуктов применяют анаэробную биохимическую очистку в метантенках. При этом
источником кислорода служат группы NO
-
, SO
3
-2
4
, CO
-2
.
3
В основе метанового брожения лежит способность сообществ определённых микроорганизмов в ходе своей жизнедеятельности сначала в фазе кислого водородного
брожения с помощью бактерий гидролизовывать сложные органические соединения
до более простых, а затем с помощью метанообразующих бактерий превращать их в
метан и углекислоту.
Этот процесс проводят в метантенках (реактор с мешалкой и теплообменником) при
температуре 40 - 550С, выделяющийся метан может быть использован для нагрева
метантенка и выработки электроэнергии. В среднем эффективность анаэробного метода составляет около 40%. Однако при этом практически не снижается солесодержание.
4.5.3. Химические и физико-химические методы очистки.
Химические и физико-химические методы очистки играют значительную роль при
обработке производственных сточных вод. Они применяются как самостоятельные,
так и в сочетании с механическими и биологическими методами. Нейтрализация
применяется для обработки сточных вод самых различных промышленных предприятий, содержащих щелочи и кислоты. Нейтрализация сточных вод осуществляется с целью предупреждения коррозии материалов водоотводящих сетей и очистных сооружений, нарушения биохимических процессов в биологических окислителях и водоемах. Некоторые растворённые в очищаемых сточных вещества водах могут быть удалены с помощью методов химического осаждения. Для этого вводят
определённые реагенты, переводящие растворимые минеральные соли а нерастворимые или слаборастворимые соединения.
Физико-химические методы высокой очистки основаны процессах : коагуляции,
флокуляции, экстракции, сорбции, экстракции, флотации, дистилляции, кристаллизации, электролиза, ионного обмена.
Вопросы для самопроверки.
1. В чём выражается уникальность физико-химических свойств воды.
2. Дайте количественную оценку гидроресурсам планеты.
3. Каковы критерии солёности воды.
4. Сравните запасы пресной воды с общими гидроресурсами.
5. Назовите основных потребителей воды.
6. Дайте классификацию сточных вод.
7. Дайте краткую характеристику загрязнению водоёмов неорганическими соедине-
ниями.
79
8. Дайте краткую характеристику загрязнению водоёмов органическими соедине-
ниями.
9. Что такое эвтрофикация водоёма.
10. Охарактеризуйте загрязнение Мирового океана нефтью и нефтепродуктами.
11. В чём опасность загрязнения поверхностных водоёмов пестицидами.
12. Что такое СПАВ - синтетические поверхностно-активные вещества.
13. Что такое дампинг.
14. Нормирование вредных веществ в воде.
15. Перечислите требования предъявляемые к очищенной воде.
16. Классифицируйте методы очистки сточных вод.
17. Охарактеризуйте механические методы очистки.
18. Охарактеризуйте биохимические методы очистки.
19. Какие процессы лежат в основе химических и физико-химических методов очи-
стки.
5. ПРОБЛЕМЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ЭКОЛОГИИ.
5.1. Основные характеристики и классификация ЭМИ.
Сегодня техногенный электромагнитный фон в среде обитания человека и других
живых организмов на несколько порядков превышает фон естественный. Его величина и, особенно, скорость нарастания вероятнее всего превосходят адаптационные
возможности как человека так и биосферы в целом. При этом, как и при воздействии
многих других неблагоприятных экологических факторов, возникает напряжение
иммунных систем организма, снижается эффективность их работы. Это может представлять серьёзную угрозу для здоровья отдельных людей и наиболее чувствительных экосистем уже сегодня, а в недалёком будущем и для здоровья всего человечества. Особенно интенсивно последние 30-35 лет учёными разных специальностей
стали проводиться исследования, посвящённые воздействию электромагнитных полей самых разных частотных диапазонов на биологические объекты. При этом в современной экологии формируется новый раздел, занимающийся изучением проблем
электромагнитной экологии.
У нас в России биологическая роль ЭМИ впервые была отмечена В. И. Вернадским
в 1926 г, который указывал на их участие в формировании биосферы Земли. Позднее А. Л. Чижевский установил прямую корреляцию между рядом инфекционных
заболеваний и солнечной активностью. В послевоенные годы А. В. Лебединским и
др. авторами были установлены два типа этого действия: тепловое и нетепловое
(информационное).Сегодня в связи с резким увеличением интенсивности окружающего нас “электромагнитного смога” Всемирная организация здравоохранения
(ВОЗ) включила эту проблему в число наиболее актуальных для человечества.
Данный раздел лекционного курса предполагает, как минимум, прочное знание
школьного курса физики и биологии. Тем не менее, опыт показывает, что, целесооб-
80
разно хотя бы очень кратко рассмотреть основные характеристики полей и излуче-
Наименование диапазона
Параметр
Частота,
Длина волны, м
ний, используемые при определении их предельно-допустимых уровней (ПДУ).
Источником статического электрического поля являются электрические заряды. Основной силовой характеристикой его служит напряжённость электрического поля Е.
Это векторная величина численно и по направлению совпадающая с силой действующей со стороны поля на единичный положительный точечный заряд. Для системы неподвижных зарядов справедлив принцип суперпозиции (векторного наложения) полей. В системе СИ напряжённость электрического поля измеряется в В*м-1.
Источником статического магнитного поля являются заряды, движущиеся равномерно и прямолинейно (или постоянный электрический ток). При нормировании
воздействия магнитного поля на биообъекты чаще всего пользуются, по аналогии с
электрическим полем векторной величиной - напряжённость магнитного поля Н.
В системе СИ она измеряется в А*м-1 или в Гауссовой системе в Эрстедах (Э).
1А/м = 410-3 Э
1Э = 79,6 А/м
Однако в некоторых источниках используют величину магнитной индукции В,
имеющую размерность Тесла (Тл) в системе СИ и Гаусс (Гс) в системе СГСМ.
1Тл = 104 Гс
Радиоволны, оптические, рентгеновские и гамма - излучения имеют электромагнитную природу. Каждый из диапазонов этих электромагнитных излучений (в дальнейшем мы будем пользоваться сокращением ЭМИ) оказывает своё специфическое
воздействие на ткани живых организмов. Важнейшей характеристикой, позволяющей классифицировать различные типы ЭМИ, являются: частота (число колебаний в секунду, Гц), период Т (время одного колебания, с) и тесно связанная с ними
длина волны (расстояние распространения за период, м).
1 с
= , = , = с*Т
Т
с - скорость света ( 3*108 м/с).
Как и любой волновой процесс электромагнитная волна характеризуется амплитудой, которую определяют модули векторов Е и Н. При взаимодействии ЭМИ с веществом зачастую имеет значение поведение во времени ориентации пары векторов
Е и Н в пространстве, называемое поляризацией. Критерием интенсивности ЭМИ
служат величина плотности потока энергии w (Вт/м2), которая в общем случае пропорциональна модулю векторного произведения векторов Е и H и полный поток
энергии W (Вт), отнесённый либо к конкретному источнику или к определённой поглощающей поверхности. Произведение полного потока ЭМИ, падающего на такую
поверхность, на время её облучения характеризуют дозой облучения D (Дж).
Таблица 5.1
Классификация ЭМИ по спектральному составу.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]