В чем заключаются методы обеззараживания воды, используемые для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового видов водопользования?

ИНТЕГРАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРИРОДНЫХ ВОД.

Варианты № 9,26.

по дисциплине:

Математическое моделирование процессов и компонентов природы

Выполнил:

студент гр. ЗМ-20.04.02.01-11 Коротаева С.А.

Проверил:

к.б.н., доцент каф. ИЗОС Журавлева А.Н.

Ижевск, 2016

Введение.

1) Как различаются примеси, загрязняющие природные воды?

Природные воды могут быть загрязнены самыми различными примесями, которые разделяют с учетом их биологических и физико-химических свойств. К одной группе относятся вещества, растворяющиеся в воде и находящиеся в ней в молекулярном или ионном состоянии. В природной воде могут присутствовать в растворенном виде различные газы (кислород, азот, диоксид углерода, сернистый газ и др.), а также растворимые соли металлов (натрия, калия, кальция, аммония, алюминия, железа, магния, марганца и др.). Другая группа примесей – те, что образуют с водой коллоидные системы и взвеси. Коллоидные системы образуются из практически нерастворимых минеральных веществ, взвеси – из биологических объектов: бактерий, вирусов, водорослей, простейших организмов и т.п.

2) Могут ли минеральные соли изменять вкус и цвет воды?

3) Что такое эвтрофикация?

Биогены, поступающие в воду со сточными водами и смываемыми с полей удобрениями, стимулируют рост фитопланктона, водорослей. Данный процесс называют эвтрофикацией. Водоросли окрашивают воду в различные цвета, под их влиянием изменяется вкус воды, при отмирании водорослей развиваются гнилостные процессы. Бактерии, окисляющие органические вещества водорослей, потребляют кислород, приводя к его дефициту в водоеме.

4) К каким последствиям приводит подкисление рек и озер?

Сбрасываемые стоки часто имеют кислую или щелочную реакцию, что в любом случае связано с изменением естественного рН водоема. У пресноводных рек и озер рН воды обычно 6-7. Изменение рН на единицу от оптимума приводит в большинстве случаев к стрессу и даже к гибели обитателей вод. Все «нормальные» формы жизни прекращаются при рН ниже 5 и выше 8,5. Подкисление озер и рек влияет и на сухопутных животных, так как многие птицы и звери входят в состав пищевых цепей, начинающихся в водных экосистемах.

5) Что происходит при тепловом загрязнении водоемов?

К одному из видов загрязнений относится тепловое загрязнение (сбросы ТЭС, АЭС, промышленных предприятий). В водоемах с повышением температуры уменьшается содержание кислорода, увеличивается токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое равновесие, происходит смена видового состава организмов, наблюдается бурное размножение болезнетворных микробов и вирусов.

6) Какие факторы самоочищения гидросферы Вам известны?

Между тем, вода обладает свойством непрерывного самовозобновления под влиянием солнечной радиации и самоочищения. Факторы самоочищения водоемов можно условно разделить на три группы:

· физические (разбавление, растворение, перемешивание),

· химические (окисление неорганических и органических веществ – для этого количество растворенного кислорода должно быть не менее 4 мг/л в любое время года),

· биологические (размножение в воде водорослей, плесневых и дрожжевых грибков, моллюсков, некоторых видов амеб).

При небольшом загрязнении вода в основном самоочищается за 3-4 суток. Отрицательное влияние на процесс самоочищения оказывает загрязнение водоема биогенными веществами (азот, фосфор), ароматическими углеводородами и нефтепродуктами. Самоочищение воды от нефти затягивается на длительное время – месяцы, а на реках с малым током – на годы.

7) Какими группами показателей характеризуется качество воды водоемов?

Качество воды водных объектов оценивается по физико-химическим, биологическим и микробиологическим показателям, анализ которых позволяет установить соответствие или несоответствие рассматриваемого водоема или водотока требованиям, предъявляемым водопользователями, согласно действующим законодательным актам.

8) Как можно использовать воду и водоемы в зависимости от их качества?

Согласно ГОСТ 17.1.1.01-77 «Охрана природы. Гидросфера. Использование и охрана вод. Основные термины и определения», под качеством воды в целом понимается характеристика ее состава и свойств, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования; при этом критерии качества представляют собой признаки, по которым производится оценка качества воды.

9) Какие существуют виды водопользования?

Правила охраны поверхностных вод устанавливают нормы качества воды водоемов и водотоков в зависимости от видов водопользования. Виды водопользования на водных объектах определяются органами Министерства природных ресурсов РФ и Государственного комитета РФ по охране окружающей среды. В данной работе рассматриваются хозяйственно-питьевой и культурно-бытовой виды водопользования.

Хозяйственно-питьевое водопользование предусматривает использование воды в качестве источников хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для снабжения предприятий пищевой промышленности. В соответствии с санитарными правилами и нормами СанПиН 2.1.4.559-96, питьевая вода должна быть безопасной в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и должна иметь благоприятные органолептические свойства.

К культурно-бытовому водопользованию относится использование водных объектов для купания, занятия спортом и отдыха населения. Согласно действующим нормативам требования к качеству поверхностных вод, установленные для культурно-бытового водопользования, распространяются на все участки водных объектов, находящихся в черте населенных мест.

10) Что такое ПДК_в, ПДК_вр, их единица измерения?

В соответствии с законодательством Российской Федерации[1] гигиенические нормативы предназначены для охраны всех видов вод, используемых населением, в том числе поверхностных, подземных водоисточников и водопроводной воды. Предусматриваются следующие виды нормативов:

- предельно допустимые концентрации (ПДК); различают ПДК для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДК_в[2]) и рыбохозяйственного назначения (ПДК_вр[3]);

[1] Предельно допустимая концентрация вещества в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДК_в, мг/л) – максимальная концентрация вещества в воде, в которой вещество при поступлении

в организм в течение всей жизни не оказывает прямого или опосредованного влияния на здоровье населения в настоящем и последующих поколениях, а также не ухудшает гигиенические условия водопользования. При превышении ПДК_в вода становится непригодной для одного или нескольких видов водопользования

[1] Предельно допустимая концентрация вещества в воде водных объектов рыбохозяйственного назначения (ПДК_вр, мг/л) – экспериментально установленное максимально допустимое содержание в водном объекте вредного вещества, при котором не возникают последствия, снижающие его рыбохозяйственную ценность или затрудняющие его рыбохозяйственное использование

11) Что такое ориентировочный допустимый уровень химического вещества в воде?

Ориентировочный допустимый уровень химического вещества в воде (ОДУ) – временный гигиенический норматив, разрабатываемый на основе расчетных и экспресс-экспериментальных методов прогноза токсичности и применяемый только на стадии предупредительного санитарного надзора за проектируемыми или строящимися предприятиями, реконструируемыми очистными сооружениями.

12) Для каких видов водопользования устанавливаются ПДК веществ в воде?

ПДК вещества в воде устанавливается:

- для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДК_в) с учетом трех показателей вредности: органолептического; общесанитарного; санитарно-токсикологического;

- для рыбохозяйственного водопользования (ПДК_вр) с учетом пяти показателей вредности: органолептического; санитарного; санитарно-токсикологического; токсикологического; рыбохозяйственного.

В чем заключаются методы обеззараживания воды, используемые для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового видов водопользования?

14) Перечислите методы стандартной очистки воды.

Стандартная очистка воды от загрязняющих веществ включает в себя три этапа:

1) первичная очистка:

- механическая очистка или осветление – удаление твердых нерастворимых частиц, находящихся во взвешенном состоянии, с помощью механических методов очистки (процеживание, отстаивание),

- химическая очистка – устранение или обесцвечивание различных окрашенных коллоидов или истинно растворенных неорганических веществ с помощью нейтрализации;

2) вторичная очистка – удаление растворенных органических веществ с помощью биологических методов очистки (в аэротенках, метантенках, биологических прудах, на биофильтрах при помощи микроорганизмов);

3) третичная очистка или обесцвечивание:

- удаление оставшихся органических веществ с помощью химических (нейтрализация) и физико-химических (коагуляция[4], флотация[5]) методов очистки;

- доочистка – пропускание воды через активированный уголь и последующее хлорирование.

Обеззараживание (дезинфекцию) воды проводят для уничтожения содержащихся в ней болезнетворных бактерий и вирусов. Чаще всего применяют хлорирование воды, иногда озонирование или бактерицидное облучение.

Хлорирование заключается в добавлении в воду газообразного хлора для уничтожения болезнетворных организмов. Процесс хлорирования недорог по сравнению с другими методами дезинфекции сточных вод. Кроме того, эффективность дезинфекции легко контролируется путем проверки на свободный хлор в сбрасываемых очищенных сточных водах. Однако хлорирование создает ряд проблем, связанных с окружающей средой. Хлор и его соединения с аммиаком ядовиты для рыбы. Другая проблема, связанная с хлорированием, состоит в том, что в воде могут образовываться устойчивые и ядовитые хлорированные углеводороды; известно, что некоторые из них могут быть канцерогенны.

Озонирование осуществляется путем контакта воды с газом. Озон – весьма сильный окислитель, разрушающий бактерии и вирусы. В отличие от хлорирования, при котором хлор может соединяться с углеводородами, содержащимися в воде, при озонировании хлорированных углеводородов не образуется; напротив, озон может разрушать присутствующие в воде углеводороды путем их окисления, также он эффективен при обесцвечивании воды и не создает постороннего привкуса и запаха. В обработанной воде не остается никаких следов свободного озона. Полное отсутствие остаточного озона в воде означает, что нет никакого быстрого способа удостовериться в полном уничтожении всех содержащихся в воде бактерий и вирусов, как это имеет место в случае хлорирования воды. Более того, при любом попадании в воду болезнетворных бактерий и вирусов они не погибнут, поскольку в воде отсутствуют какие-либо обеззараживающие агенты. Для защиты от таких повторных попаданий бактерий и вирусов необходимо использовать дополнительное обеззараживающее средство. Другая причина настороженности использования озона состоит в том, что продукты реакций озона с органическими веществами, содержащимися в воде, до сих пор не идентифицированы, хотя были обнаружены альдегиды и некоторые другие простые органические соединения.

Олигодинамическое действие серебра в течение длительного времени рассматривается как средство для обеззараживания преимущественно индивидуальных запасов воды. Серебро обладает выраженным бактериостатическим действием.

Бактерицидное облучение. Максимальным бактерицидным действием обладают ультрафиолетовые (УФ) лучи с длиной волны 260 нм. Это излучение обычно получают с помощью ртутной лампы. Такой метод стерилизации применяют только для небольших количеств воды. При этом вода должна быть прозрачной, иначе будет происходить частичное поглощение излучения.

Ультрафиолетовые лучи обладают бактерицидным действием. Преимущества УФ-облучения заключаются в том, что они не изменяют органолептических свойств воды и обладают более широким спектром антимикробного действия – уничтожают вирусы, споры бацилл и яйца гельминтов.

15) Перечислите методы специальной очистки воды.

Специальная очистка. Традиционная технология очистки воды на водопроводах обладает ограниченным барьерным действием в отношении многих химических веществ. Высокоминерализованные воды часто нуждаются в специальной очистке. Некоторые из них:

- дезодорация – искусственное устранение или маскировка неприятно пахнущих газообразных веществ, образующихся в результате гнилостного разложения органических субстратов; достигается аэрацией воды[6], обработкой окислителями; дезодораторами служат: железный купорос, хлорная известь, формалин, марганцовокислый калий, хлористый цинк, каменно-угольная и древесная смолы, а также различные вещества, адсорбирующие зловонные газы, например древесный уголь, торф и прочее; часто для устранения дурных запахов к подаваемому воздуху добавляют озон (при наличии принудительной вентиляции);

- обезжелезивание (деферризация) – вид очистки питьевой воды, заключающийся в ее освобождении от чрезмерного содержания железа (более 1 мг/л) с целью улучшения органолептических свойств; производится путем разбрызгивания воды с целью аэрации в специальных устройствах – градирнях, при этом двухвалентное железо окисляется до трехвалентного, соли которого в основном нерастворимы;

- умягчение (смягчение) воды – снижение (до заданных пределов) жёсткости воды удалением из неё солей кальция и магния (происходит обмен ионов Са²⁺ и Mg²⁺ на ионы Na⁺ и Н⁺); в практике водоочистки применяют главным образом реагентный и катионитовый методы, а также термический способ, заключающийся в нагревании воды до температуры свыше 100°С, при котором из неё полностью удаляются соли, обусловливающие карбонатную жёсткость;

- опреснение – способ обработки воды с целью снижения концентрации растворённых солей до степени (обычно до 1 г/л), при которой вода становится пригодной для питьевых и хозяйственных целей; опреснение может быть осуществлено как с изменением агрегатного состояния воды (дистилляция[7], вымораживание[8]), так и без изменения её агрегатного состояния (электродиализ[9], гиперфильтрация, или обратный осмос, ионный обмен, экстракция воды органическими растворителями, экстракция воды в виде кристаллизационной воды кристаллогидратов, нагрев воды до определённой температуры, сорбция ионов на пористых электродах, биологический метод – с использованием способности некоторых водорослей поглощать соли на свету и отдавать их в темноте и др.);

- деконтаминация – снижение содержания радиоактивных веществ в воде; на 70-80% происходит при коагуляции, отстаивании и фильтровании воды;

- обесфторивание воды – производят фильтрованием через анионообменные фильтры, часто для этого используют активированную окись алюминия; иногда проводят разбавление водой другого источника, не содержащей фтор;

- фторирование – искусственное добавление фтора; проводят при содержании в воде менее 0,7 мг/л с целью профилактики кариеса зубов.

Для обеззараживания индивидуальных запасов воды применяются таблетированные формы, содержащие хлор – аквасепт (растворяется в воде в течение 2-3-х мин., подкисляет воду, и тем самым улучшает процесс обеззараживания), пантоцид – препарат из группы органических хлораминов.

Кипячение является простым и надежным способом. Вегетативные микроорганизмы погибают при нагревании до 70^оС уже через 20-40 секунд, поэтому в момент закипания вода уже фактически обеззаражена. А при 3-5 минутном кипячении есть полная гарантия безопасности даже при сильном загрязнении. При кипячении разрушается ботулинический токсин, и при 30-минутном кипячении погибают споры бацилл. Тару, в которой хранится кипяченая вода, необходимо мыть ежедневно и ежедневно менять воду, так как в кипяченой воде происходит интенсивное размножение микроорганизмов.

При незначительном загрязнении эффективным является метод вымораживания. С его помощью можно избавиться от излишнего количества растворенных солей легких и тяжелых металлов.

16) Что такое индекс качества воды и как он рассчитывается?

В соответствии с ГОСТ 17.1.1.01-77 «Охрана природы. Гидросфера. Использование и охрана вод. Основные термины и определения» для характеристики воды используется комплексный показатель индекс качества воды (ИКВ) – обобщенная числовая оценка качества воды по совокупности основных показателей и видам водопользования. Общесанитарный индекс качества воды является наиболее разработанным, строится на основании экспертных процедур и рассчитывается по формуле:

приусловии ∑g_i = 1 (2.1)

где g_i – вес показателя, входящего в общесанитарный ИКВ; w_i – баллы (от 1 до 5), присваиваемые каждому показателю, входящему в общесанитарный ИКВ; р – показатели, входящие в общесанитарный ИКВ

Для определения общесанитарного ИКВ сначала проводится анализ проб воды, в котором устанавливаются величины показателей, затем проводится их балльная оценка с помощью табл.2.3, после чего определяется величина ИКВ по формуле (2.1).

17) Перечислите основные параметры, входящие в состав общесанитарного индекса качества воды, и методы их определения.

Коли-индекс, Запах, БПК5, мг О2/л, рН, растворенный кислород, цветность, взвешенные вещества, общая минерализация, хлориды, сульфаты.

18) Дайте определение ПДС, какая единица измерения?

Часть сточных вод предприятий сбрасывается в поверхностные водоемы после предварительной обработки, поэтому для них оценивается величина предельно допустимого сброса (ПДС) массы вещества, присутствующего в сточной жидкости. Величина ПДС должна гарантировать достижение установленных норм качества вод на расстоянии не далее, чем за 500 м от места сброса.

19) Отличие экологического бедствия от экологического кризиса.

Граница между I-м экологическое бедствие и II-м классам экологический кризис соответствует критической экологической нагрузке, т.е. интенсивности антропогенных факторов в окружающей среде, вызывающих статистически достоверные изменения в показателях структурно-функциональной организации популяции или сообщества, выходящие за пределы адаптационных возможностей биосистемы исторически сформировавшейся в конкретных изменяющихся условиях окружающей среды.

Зона Экологического кризиса – территория с сильным снижением продуктивности, потерей устойчивости и трудно обратимыми нарушениями. Необходимо выборочное хозяйственное использование территорий и планирование их глубокого улучшения.

Зона экологического бедствия – территория с полной потерей продуктивности, практически необратимыми нарушениями экосистем, исключающими территорию из хозяйственного использования.

20) Что собой представляет гидрохимический ИЗВ?

Особенность гидрохимических показателей состоит в том, что они связаны с наличием в воде химических веществ, обычно растворенных. Они, как правило, не могут быть определены с помощью органов чувств. Поэтому нужны методы, позволяющие выявить наличие тех или иных химических веществ в воде и определить их содержание (концентрацию). Для этих целей можно использовать гидрохимический индекс загрязнения воды (ИЗВ), установленный[10] для водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.

Гидрохимический ИЗВ является аддитивным показателем и представляет собой среднюю долю превышения ПДК по строго лимитированному числу индивидуальных ингредиентов и вычисляется по формуле:

где n – число показателей, используемых для расчета индекса; С_i – концентрация химического вещества в воде, мг/л; ПДК_i – предельно допустимая концентрация вещества в воде, мг/л

21) Чем отличается ДЭН от ПДЭН?

Граница между III-м и IV-м классами соответствует допустимой экологической нагрузке (ДЭН), под которой понимают антропогенную нагрузку (складывающуюся из отдельных однородных или разнородных воздействий), которая не меняет качества окружающей природной среды или меняет ее в допустимых пределах, обеспечивая сохранение или повышение продуктивности сообщества (его структурно-функциональной целостности). Имеет характер перспективного норматива, который может быть достигнут к определенному сроку, т.е. через заранее обусловленное время перейти в категорию текущих нормативов.

Граница между II-м и III-м классами соответствует предельно допустимой экологической нагрузке (ПДЭН) – максимальной интенсивности комплексного и комбинированного воздействия всей совокупности антропогенных факторов на сообщество, не приводящей к выходу экосистемы за пределы экологического резерва. Имеет характер текущего норматива, допустимого для оценки воздействия на сообщество в данном регионе в течение заранее оговоренного времени. Соответствует напряженной экологической обстановке.