Контрольная работа по "Экологии"

    Загрязняющие  вещества, попадая в природные  водоемы, приводят  к ка-чественным изменениям воды, которые в основном проявляются в изменении физических свойств воды; в изменении химического состава воды. 
        Бытовые сточные воды – это вода из кухонь, туалетных комнат, душе-вых, бань, прачечных, столовых, больниц, бытовых помещений промышлен-ных предприятий и др. В бытовых сточных водах органическое вещество со-ставляет 58%, минеральные вещества – 42%.  
        Загрязняющие вещества условно можно разделить на несколько групп. По физическому состоянию выделяют нерастворимые, коллоидные и раство-рённые примеси. Кроме того, загрязнения делятся на минеральные, органи-ческие, бактериальные и биологические.  
       Минеральные загрязнения обычно представлены песком, глинистыми частицами, частицами руды, шлака, минеральных солей, растворимых кис-лот, щелочей и другие. 
        Органические загрязнения подразделяются по происхождению на растительные и животные.  
         Растительные органические загрязнения вызываются остатками рас-тений, плодов, овощей и злаков, растительного масла. 
        Загрязнения животного происхождения – это физиологические выде-ления людей и животных, остатки тканей животных, клеевые вещества. 
        Бактериальное и биологическое загрязнения вносятся главным обра-зом бытовыми сточными водами и стоками некоторых промышленных пред-приятий (бойни, кожевенные заводы, фабрики первичной обработки шерсти, меховые производства, биофабрики, предприятия микробиологической про-мышленности).  
       Производство и широкое применение синтетических поверхностно-ак-тивных веществ (ПАВ), особенно в составе моющих средств, обусловило по-ступление их со сточными водами во многие водоёмы, в том числе источни-ки хозяйственно-питьевого водоснабжения. Наряду с ПАВ широко распро-странёнными химическими загрязнениями водоёмов являются пестициды, которые поступают в водоёмы с дождевыми и талыми водами, смывающими их с растений и почвы, при авиа- и наземной обработке сельскохозяйствен-ных угодий и лесов и со стоками предприятий производящих их.

    Сбор  и очистка сточных  вод

    Первичные стоки

    Санитарная  канализационной системы объединяет все сточные трубы от расположенных  в зданиях раковин, ванн и т.д., как ствол дерева объединяет все  его ветви. Из основания этого  «ствола» вытекает смесь всего, что  попало в систему, - исходные стоки, или исходные сточные воды. Так как мы ис-пользуем огромный объем воды для удаления мизерных количеств отходов или просто льем ее без особой нужды, в первичных стоках на каждую часть отходов приходится примерно 1000 частей воды, т.е. в них 99,9% воды и 0,1% отходов. С добавлением ливневых вод разбавление еще более увеличи-вается. Но отходы или загрязнители первичных стоков имеют огромное зна-чение. Их подразделяют на три категории.

    Мусор и песок. Мусор - это тряпки, пластиковые пакеты и прочие пред-меты, попадающие в систему из туалетов или через ливнестоки, если те еще не отделены. К песку условно относят и гравий; их приносят в основном лив-нестоки.

    Органическое  вещество, или коллоиды. Это как живые организмы, - па-тогены и непатогенные бактерии-редуценты - так и неживая органика экскре-ментов, пищевых отходов и волокон тканей и бумаги. Термин коллоиды озна-чает, что этот материал не оседает, а обычно остается взвешенным в воде.

    Растворенные  вещества. Это в основном биогены, такие как соедине-ния азота, фосфора и калия из продуктов жизнедеятельности, обогащенные фосфатами из детергентов.

    Этапы очистки

    Чтобы очистка была полной, водоочистные сооружения должны устра-нить все названные категории загрязнителей. Мусор и песок удаляются на этапе предочистки.

    Сочетание первичной и вторичной очистки позволяет избавиться от кол-лоидного материала. Растворенные биогены устраняются при помощи доочи-стки.

    Обработка стоков в каждом конкретном случае не обязательно должна включать в себя все четыре этапа. Чаще всего они дополняют друг друга в за-висимости от обстоятельств. В некоторых местах в водоемы все еще сбрасы-вают просто исходные стоки, в других - осуществляют только первичную их очистку, кое-где проводят вторичную, и лишь немного городов осуществляет доочистку водостоков.

    Предочистка. Мусор и песок обычно засоряют систему и тормозят дальнейшую очистку стоков. Поэтому их устранение считается ее предвари-тельным этапом. От мусора избавляются, пропуская исходные стоки че-рез стержневую решетку, т.е. ряда стержней, расположенных на расстоя-нии около 2,5 см. друг от друга. Затем мусор механически собирают с решет-ки и отправляют в специальную печь для сжигания. Очищенная от мусора во-да попадает в песколовку, или пескоотстойник, - емкость, напоминающую плавательный бассейн, где движение воды замедляется настолько, что песок оседает; затем он механически извлекается оттуда и вывозится на свалку.

    Первичная очистка. После предочистки вода проходит первичную очи-стку - медленно пропускается через крупные баки, называемые первичными отстойниками. Здесь она в течение нескольких часов остается почти непо-движной. Это позволяет самым тяжелым частицам органического вещества, составляющим 30-50% его общего количества, осесть на дно, откуда их соби-рают. В то же самое время жирные и маслянистые вещества всплывают к по-верхности, и их снимают как сливки. Весь этот материал называется ил-сы-рец.

    При первичной очистке всего-навсего  «заливают грязную воду в сосуд, дают отстояться и сливают». Тем  не менее это позволяет устранить  значи-тельную часть органического вещества при минимальных затратах. Вода, по-кидающая первичные отстойники, все еще содержит 50-70% не осевших ор-ганических коллоидов и почти все растворенные биогены. Вторичная очист-ка предусматривает устранение оставшегося органического вещества, но не растворенных питательных элементов.

    Вторичная очистка. Эту очистку называют также биологической, так как в ней участвуют живые естественные редуценты и детритофаги, потреб-ляющие органическое вещество и в процессе дыхания превращающие его в воду и углекислый газ. Обычно применяются два типа систем: капельные биофильтры и активный ил.

    В системах с капельным биофильтром вода разбрызгивается и стекает струйками по слою камней величиной с кулак, толщина которого 2-3 м. Как и в естественных ручьях, в этих условиях функционирует сложная экосистема, включающая бактерии, простейших коловраток, различных мелких червей и других прикрепленных к камням детритофагов. Они буквально выедают из протекающей воды все органическое вещество, включая патогенов. Организ-мы, случайно смытые с биофильтров, позднее устраняются из воды, когда она попадает во вторичные отстойники-емкости, аналогичные первичным от-стойникам. С отстоявшимся в них материалом поступают, как и с илом-сыр-цом. Пройдя первичную очистку и капельные биофильтры, сточные воды те-ряют 85-90% органического вещества.

    Все более широкое распространение  получает еще один метод вторич-ной очистки - система активного ила. В этом случае вода после первичной очистки поступает в резервуар, где могли бы разместиться несколько припар-кованных друг за другом трейлеров. Смесь детритофагов, называемая актив-ным илом, добавляется в воду, когда та поступает в резервуар. По мере дви-жения по нему она интенсивно аэрируется, т.е. создается богатая кислородом среда, идеальная для развития этих организмов. В ходе их питания количест-во органического вещества, включая патогенные микроорганизмы, уменьша-ется.

    Покидая аэрационный резервуар, вода содержит множество детритофа-гов, поэтому ее направляют во вторичные отстойники. Так как организмы обычно собираются в кусочках детрита, осадить их относительно несложно; осадок представляет собой тот же самый активный ил, который снова закачи-вают в аэрационный резервуар. Таким образом, детритофаги рециклизуются, а вода очищается от органического вещества на 90-95%. Излишки активного ила, накапливающиеся в процессе размножения организмов, обычно объеди-няют с илом-сырцом и в дальнейшем обрабатывают их вместе.

    Системы вторичной очистки не устраняют  растворенных биогенов. До двух последних  десятилетий не ощущалось острой необходимости осуществ-лять дополнительную очистку воды уже после вторичной. Воду после нее просто дезинфицировали хлоркой и сбрасывали в естественные водоемы. Такая ситуация преобладает и сейчас. Однако по мере обострения проблемы эвтрофизации все больше городов вводят еще один этап - доочистку, устра-няющую биогены.

    Доочистка. После вторичной очистки вода поступает на доочистку, ус-траняющую один или более биогенов. Для этого существует множество спо-собов. На 100% воду можно очистить дистилляцией или микрофильтрова-нием. Однако это требует больших затрат. Суммарный объем стоков - около 150 галлонов в день на человека. Очистка такого количества воды названны-ми методами слишком расточительна, поэтому в настоящее время разрабаты-ваются и внедряются более доступные способы. Например, фосфаты можно устранить, добавив в воду известь (ионы кальция). Кальций вступает в хими-ческую реакцию с фосфатом, образуя при этом нерастворимый фосфат каль-ция, который можно удалить фильтрованием. Если избыток фосфата – основ-ная причина эвтрофизации, этого уже достаточно.

    При соответствующей доочистке можно  добиться того, что в конечном итоге  получится вода, пригодная для  питья. Фактически соответствующая  доочистка может обеспечить воду лучшего качества, нежели получаемая из рек и озер, не редко принимающих  неочищенные канализационные стоки.

    Дезинфекция. Какой бы тщательной очистке не подвергались сточные воды, обычно их все равно дезинфицируют хлорированием перед сбросом в естественные водоемы, чтобы уничтожить патогенные организмы, которые могли выжить. Использование для этого газообразного хлора (Cl2) влечет за собой определенные экологические проблемы, требующие обсуждения. Хлор используют из-за его эффективного действия и относительной дешевизны. Однако он очень ядовит, и его транспортировка небезопасна для людей. Кро-ме того, хлор еще более токсичен для некоторых рыб. Оказалось, что даже не улавливаемое измерительными приборами его содержание оказывает пагуб-ное влияние на их икру и развитие эмбрионов. Наконец, некоторые количест-ва хлора самопроизвольно вступают в реакции с органическими веществами с образованием хлорированных углеводородов, т.е. органических молекул, включающих в себя атомы хлора. Многие из этих соединений токсичны и биологически не разлагаются, а некоторые способны даже вызвать рак, нару-шения внутриутробного развития и поражать систему размножения.

    Существуют  более безопасные дезинфицирующие  средства, например озон (O). Он чрезвычайно  губителен для микроорганизмов  и, воздействуя на них, распадается  на газообразный кислород, что улучшает качество воды. Однако озон не только токсичен, но и взрывоопасен.

    Предлагается  также воздействовать на воду ультрафиолетовым или дру-гим излучением, убивающим микроорганизмы, но не оказывающим никакого побочного явления.

    Кроме того, после хлорирования можно добавлять  в воду другие вещест-ва, например диоксид серы, которые, реагируя с хлором, образуют безвред-ные неактивные соединения.

    Самоочищение  морей и океанов.

      Самоочищение морей и океанов – сложный процесс, при котором про-исходит разрушение компонентов загрязнения и включение их в общий кру-говорот веществ. Способность моря перерабатывать углеводороды и другие виды загрязнений не безгранична. В настоящее время многие акватории уже утратили способность к самоочищению. Некоторые заливы и бухты нефть, в больших количествах скопившаяся в донных отложениях, превратила прак-тически в мёртвые зоны.  
       Существует прямая зависимость между численностью нефтеокисляющих бактерий и интенсивностью нефтяного загрязнения морской воды. Наиболь-шее число микроорганизмов выделялось в районах нефтяного загрязнения, при этом количество бактерий, растущих на нефти, доходит до 106-107 на 1 л морской воды. Наряду с численностью микроорганизмов растёт их видовое разнообразие.

      К морским организмам, которые участвуют в процессах самоочищения, относятся моллюски. Различают две группы моллюсков. В первую входят мидии, устрицы, гребешок и некоторые другие. Для них характерна двух-створчатая раковина. Обычно створки раковины чуть приоткрыты, и хорошо видно, как из-под радужной мантии торчат две трубочки – сифоны. Через один сифон всасывается морская вода со всеми взвешенными в ней части-цами, которые оседают в специальном аппарате моллюска, а через другой очищенная морская вода возвращается в море. Все съедобные частицы усваи-ваются, а непереваренные крупными комочками выбрасываются наружу. Крупный моллюск мидии может пропустить через себя до 70 л воды в сутки и таким образом очистить её от возможных механических примесей и неко-торых органических соединений. Подобно мидии, питаются и другие мор-ские животные – мшанки, губки, асцидии. 
        У моллюсков второй группы раковина или закрученная, овально-кони-ческой формы (рапаны, литорины), или напоминает колпачок (морское блю-дечко). Ползая по камням, сваям, причалам, растениям, днищам судов, они ежедневно прочищают огромные заросшие поверхности.  
        Учёные стремятся изучить деятельность морских организмов, включая водоросли, с тем, чтобы найти новые эффективные способы борьбы с загряз-нением водоёмов.