Методы оценки экологического состояния различных водных биотопов

     Нейтрализация фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы. В этом случае нейтрализации кислых вод проводят фильтрование их через слой магнезита, доломита, известняка, твердых отходов (шлак, зола).

     Нейтрализация кислыми газами. Для нейтрализации сточных вод в последнее время начинают использовать отходящие газы, содержащие CO₂, SO₂, NO₂, N₂O₃ и другие. Применение кислых газов позволяет не только нейтрализовать сточные воды, но и одновременно производить высокоэффективную очистку самих этих газов от вредных компонентов.

     Использование для нейтрализации щелочных сточных  вод диоксида углерода имеет ряд преимуществ по сравнению с серной или соляной кислотами. Применение CO₂ дымовых газов позволяет резко снизить стоимость процесса нейтрализации. Вследствие плохой растворимости CO₂ уменьшается опасность перекисления нейтрализованных растворов. Образующиеся карбонаты находят большое применение по сравнению с сульфатами или хлоридами.

2.4.2.Коагуляция

     Коагуляция  – это процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. В  очистке сточных вод применяют  для ускорения процесса осаждение  тонко дисперсных примесей и эмульгированных веществ. Коагуляция может происходить самопроизвольно, под влиянием химических и физических процессов. Однако в процессе очистки сточных вод коагуляция происходит под влиянием добавляемых к нм специальных веществ – коагулянтов. Коагулянты в воде образуют хлопья гидрантов окисей металлов, которые быстро оседают под действием силы тяжести. Хлопья обладают способностью улавливать коллоидные и взвешенные частицы и агрегировать их. Так как коллоидные частицы имеют слабый отрицательный заряд, а хлопья коагулянтов слабый положительный заряд, то между ними возникает взаимное притяжение.

2.4.3.Флокуляция

     Флокуляция  – это процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении в сточную  воду высокомолекулярных соединений, называемых флокулянтами. Флокуляцию проводят для интенсификации процесса образования хлопьев гидроокисей алюминия и железа с целью повышения скорости их осаждения. Использование флокулянтов позволяет снизить дозы коагулянтов, уменьшить продолжительность процесса коагулирования и повысить скорость осаждения образующихся хлопьев.

     Для очистки сточных вод используют природные и синтетические флокулянты. К природным флокулянтам относятся крахмал, декстрин, эфиры, целлюлозы. Активная кремниевая кислота является наиболее распространенным органическим флокулянтом. Из синтетических органических флокулянтов наибольшее применение получил полиакриламид технический (ПАА) и гидролизованный (ГПАА). При выборе состава и дозы флокулянта учитывают свойства его макромолекул и природу диспергированных частиц.

     Механизм  действия флокулянтов основан на следующих явлениях: адсорбции молекул флокулянта на поверхности коллоидных частиц; ретикуляции (образование сетчатой структуры) молекул флокулянта; слипании коллоидных частиц.

      2.5.Электрохимические методы очистки сточных вод

     Для очистки сточных вод от различных  растворимых и диспергированных примесей применяют процессы анодного окисления и катодного восстановления, электрокоагуляции, электрофлотации и электродиализа. Все эти процессы протекают на электродах при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока. Электрохимические методы позволяют извлекать из сточных вод ценные продукты при относительно простой автоматизированной технологической схеме очистки, без использования химических реагентов. Основным недостатком этих методов является большой расход электроэнергии . очистку сточных вод электрохимическими методами можно проводить периодически или непрерывно.

     Эффективность электрохимических методов оценивается  рядом факторов: плотностью тока, напряжением, коэффициентом полезного использования  напряжения, выходом по току, выходом по энергии.

2.5.1.Анодное окисление и катодное восстановление

     В электролизе на положительном электроде  – протекает реакция электрохимического окисления; на отрицательном – реакция восстановления. Эти процессы разработаны для очистки сточных вод от растворенных примесей (цианидов, роданидов, аминов, спиртов, альдегидов, нитросоединений и другие). В процессах электрохимического окисления  вещества, находящиеся в сточных водах, полностью распадаются с образованием CO₂, NH₃ и воды или образуются более простые и не токсические вещества, которые можно удалить другими методами.

     В качестве анодов используют различные  электрохимические нерастворимые материалы: графит, двуокиси свинца, марганца и рутения, которые наносятся на титановую основу. Катоды изготавливают из молибдена, графита, нержавеющей стали и других металлов, покрытых молибденом, вольфрамом или их сплавами.

2.5.2.Электрокоагуляция

     Для очистки промышленных сточных вод, содержащих высоко устойчивые загрязнения, проводят электролиз с использование растворимых стальных или алюминиевых анодов. Под действием тока происходит растворение металла, в результате чего в воду переходят катионы железа и алюминия, которые, встречаясь с гидроксильными группами, образуют гидраты окисей металлов в виде хлопьев. Наступает интенсивная коагуляция. На процесс электрокоагуляции оказывает влияние материал электродов, расстояние между ними, скорость движения сточной воды между электродами, ее температура и состав, напряжение и плотность тока.

     Достоинство метода электрокоагуляции следующее: компактность установок и простота управления, отсутствие потребности в реагентах, малая чувствительность к изменениям условий проведения процесса очистки (температура, рН среды, присутствие токсичных веществ), получение шлама с хорошими структурно-механическими свойствами. Недостатками метода является повышенный расход металла и электроэнергии.

2.5.3.Электрофлотация

     В этом процессе очистка сточных вод  от взвешенных частиц проходит при  помощи пузырьков газа, образующиеся при электролизе воды. На аноде  возникают пузырьки кислорода, а  на катоде – водорода. Поднимаясь в  сточной воде, эти пузырьки флотируют  взвешенные частицы. При использовании  растворимых электродов происходит образование хлопьев коагулянтов и пузырьков газа, что способствует более эффективной флотации. Основную роль пр электрофлотации играют пузырьки, образующиеся на катоде.

     При электрофротации извлечение загрязнений  происходит в результате прилипания к частицам подымающихся в воде пузырьков, а также образования на поверхности  частичек пузырьков из пересыщенного  раствора. Для получения пузырьков  из пересыщенного раствора. Для получения  пузырьков требуемого размера необходим  правильный подбор материала, диметра  проволоки катода и плотности  тока.

2.5.4.Электродиализ

     Процесс очистки сточных вод электродиалезом  основан на разделении ионизированных веществ под действием электродвижущей  силы, создаваемой в растворе по обе стороны мембран. Этот процесс  широко используется для опреснения соленых вод. В последнее время его начали применять и для очистки промышленных сточных вод.

2.6.Биохимические методы очистки вод

     Биохимический метод применяется для очистки  хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от многих растворенных органических и некоторых неорганических (сероводорода, сульфидов, аммиака, нитритов и другие) веществ. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания в ходе своей жизнедеятельности – органические вещества для микроорганизмов являются источником углерода

     Сточные воды, направляемые на биохимическую  очистку, характеризуются величиной БПК и ХПК. БПК – это биохимическая потребность в кислороде, или количество кислорода, использованного при биохимических процессах окисления органических веществ (не включая процессы нитрификации) за определенный промежуток времени (2, 5, 8, 10, 20 суток) в мг О₂ на 1 мг вещества.

ХПК –  химическая потребность в кислороде, то есть количество кислорода, эквивалентное количеству расходуемого окислителя, необходимого для окисления всех восстановителей, содержащихся в воде, которую также выражают в мг О₂ на 1 мг вещества.

     Контактируя с органическими веществами, микроорганизмы частично разрушают их , превращая  в воду, двуокись углерода, нитрит- и  сульфат-ионы и другие. Другая часть  вещества идет на образование биомассы. Разрушение органических веществ называют биохимическим окислением. Некоторые органические вещества способны легко окислятся, а некоторые не окисляются совсем или окисляются очень медленно.

     Для неорганических веществ, которые практически  не поддаются окислению, устанавливаются также максимальные концентрации. Если такие концентрации превышены, воды нельзя подвергать биохимической очистке.

     Известны  аэробные и анаэробные методы биохимической  очистки сточных вод. Аэробный метод основан на использовании аэробных групп микроорганизмов, для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода и температура 20 – 40 °C. При изменении кислородного температурного режимов состав и число микроорганизмов меняется. При аэробной очистке микроорганизмы культивируются в активном иле или биопленке. Анаэробные методы биохимической очистки протекают без доступа кислорода; их используют главным образом для обезвреживания осадков.

2.7.Очистка ионизирующим излучением

     В последние годы развивается новый  безреагентный метод очистки  сточных вод путем деструкции содержащихся органических примесей. Гамма-излучение от радиоактивных изотопов (⁶⁰Co, ¹³⁷Cs и другие) происходит такое же действие, как и сильнейшие окислители (озон, хлор, пероксид водорода и другие). Но вместо изотопов сейчас применяют пучки электронов, генерируемых ускорителями с энергией электронов 5 – 6 МэВ. При ионизирующем излучении нарушается агрегативная устойчивость коллоидных частиц (радиационная коагуляция), разрушаются и окисляются практически все органические и некоторые неорганические вещества (радиационная деструкция) с образованием простейших соединений, гибнет или инактивируется широкий круг вирусов и микроорганизмов (радиационное обеззараживание). Еще больший эффект дает сочетание сорбционного реактора с облучением пучком ускоренных электронов.

3.Заключение

     Загрязнение промышленными или бытовыми сбросами воды рано или поздно попадает в  почву или природные водоемы. Природные системы самоочистки не способны уже перерабатывать загрязнения в таких объемах и в таком составе, которые характерны для современных промышленных, сельскохозяйственных и других стоков. В результате во многих случаях когда не было принято своевременных мер по очистке стоков, многие природные водоемы превратились в своеобразные сточные канавы или отстойники-накопители вредных веществ. Водные экосистемы, отравленные избыточными сбросами, лишались растений и животных, способных очищать воду, и нужны были значительные затраты, чтобы попытаться их восстановить.

     Проблема  очистки сточных вод возникла давно. Рост городов, концентрация и рост числа промышленных предприятий заставили многие страны еще в XVIII – XIX веках принять некоторые специальные законы и правила охраны вод, подчас весьма строгие. Например, в России требовалось, чтобы в выходных прудах очистных сооружений текстильных фабрик жила рыба.

     В больших городах такие очистные сооружения – это целые комбинаты по очистке. На них проводится не только механическая и химическая, но и наиболее совершенная – биологическая очистка. В конечном счете эффективность таких очистных сооружений зависит от работоспособности сложного комплекса микроорганизмов, так называемого активного ила.

     Особая  ситуация создается вредными стоками  сельскохозяйственных комплексов. Стоки  животноводческих ферм в основном представляет собой органические вещества естественного происхождения. Их состав не препятствует тому, чтобы естественные механизмы самоочистки водоемов могли их нейтрализовать и утилизировать. При содержании животных в небольших хозяйствах, распределенных на большой территории так и происходит . иное дело – крупные животноводческие комплексы, где на ограниченной территории содержатся сотни, а то и тысячи голов скота, а удаление навоза и мочи животных производится методом смывания водой. Стоки таких комплексов имеют не только большие объемы, но и содержат органические вещества в очень высоких концентрациях. Отсутствие или недостаточная эффективность очистных сооружений приводит тогда к очень сильному заражению ручьев и рек, куда попадают эти сточные воды. Часто они проникают и в подземные водоносные горизонты, делая непригодной для питья воду колодцев и даже артезианских скважин. Это – одна из тяжелейших проблем, связанных с промышленным животноводством. А надежные очистные сооружения при таких комплексах не только способны защитить водоемы от загрязнения, но и могут давать большое количество ценнейших органических удобрений.

     Особую  опасность для чистоты природных  вод и состояния экосистем  представляют применение на полях различных  ядохимикатов и избыточных доз минеральных  удобрений. Поэтому дальнейшее совершенствование системы защиты растений должно быть ориентировано не на еще большое усиление химической защиты, а на переходе к защите биологической.

     Список  литературы