Гидросфера

Антропогенное воздействие на гидросферу

Деятельность человека охватывает практически всю акваторию океана. Поверхность для мореплавания, прибрежную для получения мин ресурсов и для захоронения отходов. В зависимости от целевой направленности различают водопользование и водопотребление. Водопользование– воду не забирают а используют как среду.Водопотребление- забирают воду из источника для выработки продуктов возвращают в другие места и в меньшем количестве.

Источники загрязнение гидросферы

1) промышленность

2) сельское хозяйство

3) атмосферный воздух

В зависимости от источника загрязнение существует 3 вида сточных вод:

1) промышленные:

а) реакционные – образуются в реакциях с образованием воды

б) воды содержащиеся в сырье и исходных продуктах

в) промывные воды

г) водные экскременты и абсорбенты

д) охлаждающие воды в системах оборотного водопользования

2) бытовые

3) атмосферные.

Загрязнение гидросферы существенно опаснее, чем загрязнение атмосферы, по следующим причинам:

1. Процесс регенерации в воде происходит гораздо медленнее, чем в атмосфере,

2. Источники загрязнения в водоемах более разнообразны,

3. Естественные процессы протекающие в водной среде более чувствительны и сами по себе имеют большее значение для жизни чем процессы протекающие в атмосфере.

Качество воды

В нашей стране нет единой нормы качества воды. Поскольку ее пригодность определяется конкретными требованиями. Поэтому качество воды нормировано для хозяйственно-питьевого (хп), культурно-бытового (кб) и рыбохозяйственного (рх) водопользования. Для первых 2-х категорий определяющимися показателями являются: взвешенные вещества, плавучие примеси, запахи и вкус, окраска, температура, pH, минеральный состав, растворенный кислород, биохимическое потребление кислорода, химическоее потребление кислорода, возбудители заболеваний, ядовитые вещества. Хозяйственно-бытовое и питьевое ПДК в таблицах идут одним числом. Наиболее высокие требования для питьевой воды. Одни и те же требования предъявляются к воде из любого источника независимо от способа ее обработки и способа водозабора. Для водных объектов, которые используются в рыбохозяйственных целях, также установлены нормативы качества для сохранения и воспроизводства рыб. Причем требования к воде для рыбохозяйственных целей более жесткие, что обьясняется прогрессивным накоплением ряда веществ в последующих звеньях питьевой цепи. ПДК рыбохозяйственное установлено для 520 веществ.

Способы очистки природной и сточной воды

При выборе способа очистки воды следует выявить качество воды определенного источника. В этом случи при оценке качества воды необходимо знать физические, химические, бактериологические показатели. При разнообразии присутствующих примесей все загрязнения делится на 4 группы:

1) грубодисперсные взвеси (нерастворимые примеси)

2) коллоидные растворы (растворы высокомолекулярных соединений)

3) органические вещества, растворенные газы

4) ионные растворы (растворы электролитов)

Все методы очистки подразделяются на механические, физико-химические, биологические. Каждый из этих методов может быть деструктивным (приводящим к разрушению вещества) либо регенерационным. Для очистки 1й группы загрязнений используются механические способы очистки: отстаивание, флотация, центрифугирование, осветление, фильтрование.

Отстаивание - основано на движении частиц в жидкости под действием силы тяжести. По мере отстаивания происходит увеличение объема осветленной жидкости и уплотнение осадка. Происходит в отстойниках.

Флотация– основан на образовании комплекса частица- пузырек, всплывании этого комплекса на поверхность воды и в удалении образовавшегося пенного слоя с ее поверхности.

Электрофлотация - разновидность метода флотации, заключается в том, что пузырьки газа образуются при электролизе воды.

Фильтрование– обычно завершающая стадия, когда воду пропускают через насадки из пористых материалов: песок, шлак, гравий. Регенерацию фильтра производят потоком сжатого воздуха с последующей обратной промывкой.

Для очистки от колоидных растворов используют физико-химические методы: коагуляция, флокуляция, окисление и др.

Коагуляция– основан на обработке воды коагулянтами (солиAlиFe). Эти соли в растворе гидролизуются с образованием нерастворимых гидроокисей:Al₂(SO₄)₃+H₂O=Al(OH)₃. Частицы примеси оседают на поверхности образующихся гидрооксидов, образуя зародыши кристаллической формы. Дальше происходит рост кристаллов и образование осадка – представляют собой крупные частицы с пористой структурой.

Электрокоагуляция– очищаемую воду пропускают через электролизер, где в качестве анода используется растворимые под нагрузкой пластины изFeилиAl.

Флокуляция– для ускорения процесса хлопьеобразования при коагуляции, увеличения скорости и повышения качества используют флокулянты: крахмал, полиакриламид и тд.

Для очистки от молекулярных растворов:окисление (электрохимическое), озонирование, хлорирование – деструктивные методы; гидролиз, адсорбция, ионный обмен, биологическое окисление, для газов - отдувка, нагрев.

Озонирование– озон обладает окислительной способностью и при нормальной тем-ре разрушает некоторый органические вещества, причем в процессе озонирования возможно одновременное окисление примесей, обесцвечивание, дезодорация и насыщение ее кислородом. Кроме того достоинством этого метода является и то что в воду не вносятся дополнительные химические реагенты. Наиболее экономичным методом получения озона служит пропускание воздуха через электрический разряд высокого напряжения - озонатор, который состоит из 2х электродов расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. Озонированием чистят воду от фенолов, нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ, канцерогенных примесей, а также питьевую воду для доочистки и после биологической очистки.

Электрохимический метод – проводят в электролизерах где происходит анодной окисление и катодное восстановление. В идеале загрязняющее вещество распадается до простых: аммиак, углекисл газ, воду. Анодом служит графит, свинец и др. Катод: сплавы вольфрама и железа.

Адсорбционный метод –в качестве адсорбентов используются КАД, БАУ, АГ. Процесс ведут либо путем перемешивания сорбента со сточными водами, либо путем фильтрования через слой сорбента которым заполняются адсорбционные колонны. Очищаемая вода подается в колонну снизу вверх. Как правило, работают 2 колонны, а 3-я отключается на регенерацию, которая заключается в том, что десорбируются сорбированные молекулы и восстанавливается активность угля. В качестве десорбирующего агента используют воздух, воду, инертный газ, кислоту, щелочь в зависимости от загрязняющего вещества.

Биологическая очистка– основана на способности анаэробных микроорганизмов использовать для своего развития и жизнедеятельности те органические соединения которые небыли удалены из очищаемой воды на предыдущих стадиях. Потребляя органическое вещество микроорганизмы частично разрушают их превращая в углекисл газ, в нитрат и сульфат ионы, а частично используют для образование собственной биомассы. Такую очистку можно производить как в искусственных условиях (биологических фильтрах и аэротанках), так и в естественных условиях (на полях фильтрации, биологических прудах). Просачиваясь сквозь разгрузку биофильтра, сточные воды оставляют на ней органические вещества не отделенные на предыдущих стадиях водоочистки. Эти вещества образуют на поверхности зерен фильтра биопленку, в которой развиваются микроорганизмы. В результате из сточных вод удаляется органическое загрязнение, а в толще биофильтра увеличивается масса биопленки. Используют анаэробные бактерии, грибы, дрожжи, личинки комаров. Дляаэробной очисткииспользуют аэробные группы организмов, для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода при температуре 20-40 С.Анаэробная очисткапротекает без доступа кислорода и используется преимущественно для обезвреживания осадков. Биологические фильтры представляют резервуары, заполненные крупнозернистым материалом: гравием, шлаком, песком, сквозь которую пропускают сточную воду. Из нижней части фильтра дренажные устройства отводят очищенную воду во вторичные отстойники. Кроме биофильтров используютаэротенки – резервуары в которых медленно движется смесь активного ила и сточной воды, который постоянно перемешивается с помощью спец приспособлений. Более эффективными являютсяокситенки,где используется технический кислород и более высокие концентрации угля.

Для очистки от неорганических веществ (ионных растворов) – используют реагентный метод (метод нейтрализации), коагуляция, ионный обмен, сорбционный метод, электрохимическое окисление, экстракция, обратный осмос.

Нейтрализация– применяется для обработки вод содержащих щелочи и кислоты. При этом используют взаимную нейтрализацию, когда используют кислые и щелочные воды.

Реагентный- в сточную воду добавляют гашеную и негашеную известь, переводя ионы тяжелых металлов в нерастворимые гидроокиси, и выпадают в качестве осадка.

Ионный обмен – регенерационный метод, способствует утилизации ценных примесей (например, тяжелых металлов). В данном методе используют катионы и амиониты (ионные смолы). Их набивают в колонны, через которые пропускают загрязненный раствор. Происходит обмен ионоводорода на катион металла:Me[k]+H=Meⁿ⁺¹+H[k]

Стадии обработки осадков сточных вод

1) Уплотнение осадка - осуществляется гравитационным способом: отстаиванием в циклонах и центрифугах.

2) Уплотненный осадок подвергается стабилизации, т.е. разрушению его органической составляющей до оксида углерода, воды, метана. Для этого используется анаэробное окисление в аэротанках в течение 8-11 суток.

3) Коагуляция – при помощи солей AlиFe– процесс изменения структуры осадка называемой конденционированием, влажность осадка уменьшается с 94 до70 %. Он хорошо уплотняется и поступает на стадию обезвоживания.

4) Обезвоживание – высушивается в сушилках при помощи дымового газа

5) Ликвидация осадка – сжигание, либо извлечение ценных металлов. Осадки используются в виде добавок в строительные материалы, либо как органическое удобрение.

Типы очистных сооружений

Локальные– предназначены для обезвреживания сточных вод непосредственно после установки и цехов. Здесь очищаются сточные воды, которые без очистки не могут быть направлены в систему повторного водоснабжения.

Заводские– включают методы первичной очистки (механические), вторичные (биолог), третичные (доочистка). Сточные воды в зависимости от загрязнения могут направляться непосредственно на сооружения 1-й, 2-й, 3-й очистки. Например, если воды не содержат механических примесей, то они сразу идут на реагентную или биологическую очистку.

Районные (городские) –предназначены в основном для очистки бытовых сточных вод. Производственные сточные воды, подлежащие совместному отведению и очистке вместе с бытовыми, не должны нарушать работу сетей и не должны содержать: взвешенных частиц концентрацией не более 500 мг\м³, вредных веществ в концентрациях, препятствующих биологической очистке, горючих веществ, способных вызвать горючие смеси в канализационных сетях, и веществ, разрушающих материалы труб.

Качество очистки воды

Степень очистки сточных вод должна бать такой, что бы качество воды в водоеме после выпуска в них сточных вод было не ниже качества воды, которое требует правила охраны. Для предотвращения вредного влияния загрязняющих веществ состав и свойства воды водных объектов бытового водоснабжения должен соответствовать нормативам, в створе которой расположен в 1 км ближайшего по течению реки водоснабжения, а в непроточных водоемах – в 1 км по обе стороны от пункта водопользования. Для рыбохозяйственных водоемов показатели воды должны удовлетворять непосредственно на месте выпуска, либо в створе 500 м от места выпуска.

Контроль за сбросом сточных вод осуществляет СЭС по величине ПДС – масса вредных веществ в сточных водах, максимально допустимая к отведению установленным режимом. ПДС – масса вредных вещества в единицу времени в сбросе воды. Условие спуска сточных вод в водоемы определяется выражением:

где C_ППВ– концентрация с которой разрешается выпускать воду в водоемы;

q– расход сточных вод(м³\с);

C_CB– концентрация вредных веществ в сточных водах;

у – коэффициент смещения воды;

Q– расход воды в водотоке (м³\с);

ПДК_ф– концентрация вредных веществ в реке.

C_ППВ>ПДС – необходимо уменьшать расход сточных вод или применять меры по ее очистке

C_ППВ<=ПДС – сброс допускается, меры по очистке сточной воды применимы.

Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами.

Запрещается сбрасывать:

1) воды пригодные для оборотного водоснабжения

2) сточные воды содержащие ценные примеси пригодные для последующей утилизации

3) производственное сырье и конечные продукты в кол-ве превышающем установленные

нормативы технических потерь

4) вещества с неустановленным ПДК

5) Воды, которые могут быть использованы орошения сельскохозяйственных земель.