ДНЗ «ПОЛОНСЬКИЙ
АГРОПРОМИСЛОВИЙ ЦЕНТР ПРОФЕСІЙНОЇ ОСВІТИ»
ДОВІДНИК
для допитливих
«Майже все про воду»
Жмак А.А.
смт Понінка 2017
Вступ.
І. Вода – та її якісний показник.
1.1. Вода її властивості та аномалії.
1.2. Фізичні і хімічні властивості води.
1.3. Джерела забруднення водоймищ.
ІІ. Шляхи очищення природних вод.
2.1. Основні технологічні процеси очистки води.
2.2. Знезараження води хлором, озоном, сріблом та
йодом
2.3. Безагрегатні методи знезараження води.
2.4. Методи очищення стічних вод.
2.5. Вибір технологічної схеми очищення стічних вод.
Висновки.
Список
використаних джерел.
Вступ
Актуальність
дослідження. Екологічна ситуація, яка склалася в світі,
постійно вимагає швидкої перебудови
мислення людства і кожної конкретної
людини, формування екологічної
свідомості І екологічної культури. У зв'язку
з цим екологічна освіта та виховання
стають новим пріоритетним напрямком
педагогічної теорії і практики.
Зокрема це відображено в Національній
доктрині розвитку освіти України,
Концепції екологічної освіти та
виховання, Державній національній
програмі «Освіта» (Україна у XXI
століття). Відповідальна роль у
формуванні екологічній культури належить
загальноосвітній школі -
найважливішій ланці становлення особистості.
В умовах
сьогодення найважливішим завданням є підвищення екологічної грамотності учнів,
озброєння їх навичками економного, бережливого використання природних ресурсів,
формування активної, гуманної позиції у ставленні до природи (1, с. 24].
Програми складені
таким чином, що в зміст кожного навчального предмету закладені можливості для
здійснення екологічної освіти учнів і екологічного виховання [3, с. 18]. Чільне
місце в цьому належить курсу хімії, в зміст якої входять теоретичні основи організації
правильної взаємодії людини з природою. Будь-які порушення в сталому складі
хімічних речовин або поява нових, здатні викликати негативні процеси, які
будуть згубно впливати на природне середовище і стануть шкідливими для людини.
Зв’язок навчальної діяльності з життєво важливими проблемами довкілля надає
учням відчуття значущості роботи, що ними виконується, приводить до нагальних
питань реальної дійсності. Таким чином відбувається соціологізація навчального
процесу, що відіграє позитивну роль в активізації пізнавальних інтересів учнів.
Аналіз останніх
досліджень та публікацій засвідчив, що питанням вивчення екологічного виховання
учнів у процесі вивчення хімії займалися такі науковці: Х.Г. Асадов, А.В.
Добряков, М.Ю. Єфремов, Е.О. Ібрагімов, І.І. Носкова, В.І. Чернов та інші.
Мета - розкрити
можливості формування екологічної культури учнів в
процесі вивчення курсу неорганічної
хімії. Особливе місце в екологічному вихованні учнів загальноосвітньої школи
належить природничим наукам: біології, хімії, фізиці. Вони створюють необхідну
теоретичну базу для розвитку в учнів загальної цілісної картини з єдністю і
різноманітністю зв’язків між живою і неживою природою.
Міжпредметні
зв’язки між цими науками дають можливість розкрити
комплексний характер екологічних
проблем. Особливо помітно це між екологією та хімією [4, с. 57]. Учням корисно
і цікаво знати про хімічні процеси, що відбуваються в оточуючому їх середовищі,
як ці зміни впливають на хімічний склад води, ґрунтів, а таким чином на їх
здоров’я, і на можливість в деякій мірі контролювати надходження небажаних
речовин в організм, тобто про взаємний вплив навколишнього середовища і людини.
Метою навчання
хімії є формування засобами навчального предмета
ключових компетентностей учнів,
необхідних для соціалізації, творчої самореалізації особистості, розуміння
природничо-наукової картини світу, вироблення екологічного стилю мислення і
поведінки та виховання громадянина демократичного суспільства [5, с. 11].
Важливим є те, що
екологічні відомості, які подаються в кожному параграфі мають не теоретичний, а
переважно прикладний характер. Учні вивчають хімію та усвідомлюють небезпечний
вплив речовин на довкілля у збільшених концентраціях.
Велика роль у
накопиченні екологічних знань і вмінь учнів належить розділу "Складні
речовини. Основні класи неорганічних сполук" при вивченні якого
систематизуються відомості про взаємозв’язки нормального функціонування живих
організмів при споживанні якісної питної води, набуваються
знання учнів про
хімічні та фізичні властивості води.
Розглядаючи, хімічні
властивості води, підкреслюється її роль для існування живих організмів. У
всякому організмі вода є середовищем, в якому відбуваються хімічні процеси
(наприклад, перетравлення їжі, перенос поживних речовин) і сама вона бере участь
у багатьох біохімічних реакціях, адже являється розчинником для мінеральних
речовин, вітамінів, амінокислот, глюкози та Інших речовин.
Чиста прісна вода є
найціннішим елементом життя на Землі, вона вкрай необхідна для задоволення
елементарних потреб людини та для підтримки і збереження регіональних і
глобальних екосистем. Адже для нормального функціонування біорізноманіття
рослин та тварин необхідною умовою є чиста вода. При виконанні хімічних
дослідів з теми «Оксиди» учень має можливість на власному досвіді спостерігати
за фізичними та хімічними властивостями речовин. Вуглекислий газ - утворюється
при згорянні вуглецевмісних сполук. Цей газ пропускає видиме сонячне світло,
але затримує тепло розігрітої Сонцем поверхні Землі, створюючи парниковий
ефект, за рахунок збільшення вмісту газу в атмосфері. Все це може привести до
пагубних екологічних наслідків. Для зменшення наслідків цієї проблеми потрібні
зелені насадження, які не тільки збагачують повітря киснем, а й сприяють
очищенню його від вуглекислого газу та інших забруднювачів [2, с. 52].
З метою конкретизації,
систематизації, узагальнення екологічних знань із хімії з теми «Оксиди»,
вчитель, застосовуючи метод конкретних ситуацій, може підготувати і провести з
учнями сюжетно-рольову гру на тему "Оксиди - забруднювачі навколишнього
середовища". Перед учнями ставиться завдання - охарактеризувати негативний
вплив на екологію навколишнього середовища оксидів (вуглекислий, чадний,
сірчистий гази та оксид азоту) у перевищених нормами концентраціях та внести
власні пропозиції щодо зменшення викиду цих газів в атмосферу. Цікава форма
проведення уроку стимулює навчально-пізнавальну діяльність учнів, сприяє
набуттю ними практичних навичок, розвиває уяву, пам'ять, абстрактне мислення,
спонукає їх до конкретних дій в природоохоронному аспекті.
Екологічне виховання учнів на
уроках хімії збуджує інтерес і стимулює пізнавальну активність учнів у вивченні
проблем навколишнього середовища, сприяє розвитку дослідницьких навиків, формує
спостережливість у вивченні явищ природи, сприяє закріпленню набутих знань,
формуванню екологічної поведінки.
В учнів має бути сформована
особистісна екологічна позиція і вміння її відстоювати в умовах правової
демократичної держави.
Вода - найцінніший природний
ресурс. Вона відіграє виняткову роль в процесах обміну речовин, що складають
основу життя. Величезне значення вода має в промисловому й
сільськогосподарському виробництві. Загальновідома необхідність її для
побутових потреб людини, всіх рослин і тварин. Для багатьох живих істот вона служить
середовищем існування. Зв'язок між водою та життям настільки великий, що навіть
дозволив І.В.Вернадському „розглядати життя, як особливу колоїдну водну
систему... як особливе царство природних вод”.
Вода - речовина звична і
незвична. Відомий радянський вчений академік І.В.Петрянов свою
науково-популярну книгу про воду назвав „Найбільш незвичайна сполука в світі”.
А доктор біологічних наук Б.Ф.Сєргєєв почав свою книгу «Цікава фізіологія» з
розділу про воду - «Речовина, яка створила нашу планету».
Зростання міст, бурхливий
розвиток промисловості, інтенсифікація сільського господарства, значне
розширення площ зрошуваних земель, поліпшення культурно-побутових умов і ряд
інших факторів усе більше ускладнює проблеми забезпечення водою.
Потреби у воді величезні й щорічно
зростають. Щорічна витрата води на земній кулі по всіх видах водопостачання
становить 3300-3500 кмЗ. При цьому 70% усього водоспоживання використовується в
сільському господарстві. Багато води споживають хімічна і целюлозно-паперова
промисловість, чорна та кольорова металургія. Розвиток енергетики також
призводить до різкого збільшення потреби у воді. Значна кількість води
витрачається для потреб галузі тваринництва, а також на побутові потреби
населення. Велика частина води після її використання для господарсько-побутових
потреб повертається в річки у вигляді стічних вод.
Дефіцит прісної
води вже зараз стає світовою проблемою. Всі більш зростаючі потреби
промисловості і сільського господарства у воді змушують
всі країни, вчених світу шукати різноманітні
засоби для вирішення цієї проблеми.
На сучасному етапі
визначаються такі напрями раціонального використання водних ресурсів: більш
повне використання і розширене відтворення ресурсів прісних вод; розробка нових
технологічних процесів, що дозволяють запобігти забрудненню водоймищ і звести
до мінімуму споживання свіжої води.
Вода в нашому житті - саме
звичайне та саме розповсюджена речовина. Але з наукової точки зору це найбільш
незвичайна, найбільш загадкова рідина. Давнє положення алхіміків - „тіла не
взаємодіють, доки не розчинені” - в значеній мірі справедливо. Людина та
тварини можуть в своєму організмі синтезувати первинну воду, утворювати її при
згоранні харчових продуктів та самих тканин.
Вчені мають рацію: немає на
Землі речовини більш важливої для нас, ніж звичайна вода, і в той же час не
існує іншої такої речовини, у властивостях якої було б стільки протиріч та
аномалій, скільки в її властивостях.
Питна вода, що подається
централізованими системами водо забезпечення, повинна відповідати гігієнічним
вимогам Держстандарту. За даними Держстандарту питна вода має такі гігієнічні
вимоги: вода повинна бути безпечна в епідемічному відношенні, нешкідлива по
хімічному складу та мати благополучні органолептичні властивості; вода не
повинна перевищувати допустимий вміст мікроорганізмів та бактерій; концентрація
хімічних речовин, що зустрічаються в природних водах чи доданих до води в
процесі її обробки, не повинна перевищувати нормативів; вода не повинна мати
водні організми та поверхневу плівку. Питна вода не зовсім відповідає вимогам
Держстандарту -2874-82 „ Вода питна”.
Саме ці якості та проблеми і
визначають актуальність теми курсової роботи. Об'єктом дослідження є вода, яка
придатна для вживання. Молекула води (Н20) складається з двох атомів водню та
одного атому кисню. Виявляється, майже не вся багатообразність властивостей
води та незвичайність їх проявленням визначається, в кінцевому результаті,
фізичною природою цих атомів, способом їх об'єднання в молекулу і групуванням
утворених молекул.
В окремій досліджуваній
молекулі води атоми водню та кисню, точніше ядра, розміщенні так, що утворюють
рівнобедрений трикутник. На вершині нього - порівняно велике кисневе ядро, в
кутах, прилягаючих до основи, - по одному ядру водню. [5]
Предметом дослідження є вода та її
якість.
Мета дослідження
проаналізувати якість води і визначити, який метод доцільний для її очистки.
Мета конкретизується наступними завданнями. Завдання роботи полягають в тому,
щоб проаналізувати стан води
1. Охарактеризувати стан питної води
;
2. Вибрати та проаналізувати найбільш
доцільний метод очистки питної води;
3. Джерела та методи очищення стічних
вод.
Методи дослідження. Ми в роботі
використали як загальнонаукові методи дослідження (узагальнення теоретичних
даних та аналізу їх реалізації) так і спеціально-наукові методи: типологічний
метод (комплексне дослідження даного питання, узагальнення матеріалів,
вироблення висновків) та хімічний аналіз.
Структура роботи відповідає
меті та завданням дослідження і складається зі вступу, 2-х розділів, висновку
та списку використаної літератури.
Розділ І. Вода та її якісний
показник
1.1 Вода її властивості та аномалії
«Світ чарівний та фантастичний»,-
такими словами лауреат Нобеліської премії Альберт Сент-Д’єд ї характеризує
відчуття досліду, вивчаючого структуру води. Результати тим сильніше дивовижні,
що дуже звичайний сам об’єкт вивчення.
В наглядності можна
представити, що полюси займають вершини деформованого тетраедра, в центрі якого
знаходиться ядро кисню. Майже кулеподібна молекула води має помітно виражену
полярність, так як електричні заряди в ній розташовані асиметрично. Кожна
молекула води є мініатюрним диполем з високим дипольним моментом - 1,87 Дебая.
Під впливом диполів води у 80 разів слабішають міжатомні чи міжмолекулярні сили
на поверхні зануреної в неї речовини. Інакше кажучи, вода має високу
діелектричну проникність, найвищу з усіх відомих нам сполук. Багато в чому,
вода проявляє себе як універсальний розчинник. Її розчинній дії в той чи іншій
мірі підпорядковуються і тверді речовини тіла, і рідини, і гази. Постійно
зближуючись з багатьма речовинами, вода фактично завжди представляла собою
розчин різного, за часту дуже складного складу. Навіть із свіжовипадшої
дождьової води можна виділити різні мінеральні та органічні сполуки, розчинені
в ній. [6]
В прісних природних водах -
річних, озерних - кількість розчинених речовин не перевищує 1 г/л. Від
декількох одиниць до десятків грамів на літр коливається вміст солей у морській
воді: наприклад, в Балтійському морі їх не більше 5 г/л, в Чорному - 18, а в
Червоному близько 40г/л. В середньому в 1л океанської води розчинено 34-35
солей. Сольовий склад річних та морських вод різний не тільки кількісно, але і
якісно. На 89% морські солі складаються з хлоридів (NaCl, KCl), на 10% - з сульфатів (Na2SO4, K2SO4 та MgS04), на 1% - з карбонатів (NаСОЗ, КСОЗ), а також незначних кількостей інших
солей.
В прісних водах склад
мінеральних домішок виглядає інакше. Найбільше з усіх тут карбонатів (Nа та К) - до 80 %. Сульфатів
(Nа, К та
Мg) -
близько 13%. Інші 7% припадають на хлориди (Nа та К) та інші солі.[2] Природна
вода, що містить в розчині велику кількість солей Са та М^, називається
жорсткою на відміну від м'якої води, наприклад дождьової. Жорстка вода не дає
піни з милом, бо розчинні солі жирних кислот, що знаходяться в милі (а саме
пальмітинова та стеаринова), переходять в нерозчинні кальцієві солі тих же
кислот:
2Са17Н35СОONа + СаSO4 = (С17Н35СОО)2Са + Nа2SO4
З газів у прісних і морських
водах в невеликих кількостях є і різноманітні органічні компоненти - розчинні
сполуки типу білків, цукру, спиртів, вуглеводів і т.д. Це продукти
життєдіяльності та розпаду тваринних та рослинних організмів, які заселяють водойми
та берега, а також відходи промисловості та сільського господарства. Полярність
молекул води, наявність в них частково не скомпенсованих електричних зарядів
породжує схильність до групування молекул в великі «спілки» - асоціати.
Виявляється, повністю відповідає формулі Н2O лише вода, яка знаходиться в
пароподібному стані. Ці результати показали визначення молекулярної маси
водяної пари. В температурному інтервалі від 00 до 1000˚С концентрація окремих
(мономерних молекул) рідкої води не перевищує 1%. Всі останні молекули води
об'єднані в асоціати різного ступеня складності, і їх склад описується
загальною формулою (Н2O)п.[9]
Безпосередньою причиною
утворення асоціатів є водневі зв'язки. Вони виникають між ядрами водню одних
молекул та електронними «скупченнями» (неподіленими електронними парами) у ядер
кисню інших молекул води. Правда, ці зв'язки в десять разів слабкіше, чим
«стандартні» внутрішньо-молекулярні хімічні зв'язки, і достатньо звичайних
рухів молекул, щоб зруйнувати їх. Та під впливом теплових коливань так же легко
виникають і нові зв'язки цього типу. Виникнення та розпад асоціатів можна
виразити схемою:
х • Н20 (Н20)х, оскільки електронні орбіталі в
кожній молекулі води утворюють тетраедричну структуру, водневі зв'язки можуть
впорядковуватись розміщенню молекул води у вигляді тетраедричних координованих
асоціатів. Можливі й інші моделі водяної структури. Тетраедрично зв'язані
молекули води утворюють своєрідні рої, досить стабільного складу. Простір між
роями заповнюють мономерні молекули води. Дослідники розкривають все більш
тонкі та складні механізми «внутрішньої організації» водяної маси. Крім
льодоподібної структури, рідкої води та мономерних молекул, описаний і третій
елемент структури - не тетраедричний.
Визначна частина молекул асоційована
не в трьохмірні каркаси, а в лінійні кільцьові об'єднання. Кільця, групуючись,
утворюють ще більш складні комплекси асоціатів.
1.2 Фізичні та хімічні властивості води, її аномалії
В періодичній системі
елементів Д. І. Менделєєва кисень утворює окрему підгрупу. Вона так І
називається: підгрупа кисню. Її складові кисень, сірка, селен і телур мають
багато спільного у фізичних та хімічних властивостях. Спільність властивостей
простежується, як правило, і для однотипних сполук, утворюваних членами підгрупи.
Але для води характерно відхилення від правил. Із найлегших сполук підгрупи
кисню (а ними являються гідриди) вода - найлегша.[15]
Густина води при її переході
з твердого стану в рідкий не зменшується, а збільшується. При нагріванні води
від 0 до 40˚С густина її також збільшується. При 40˚С вода має максимальну
густину і лише при подальшому її нагріванні зменшується з підвищенням
температури.
Велике значення в житті
природи має і той факт, що вода володіє високою теплоємкістю [4,18 Дж/ (г *
К)]. Тому в нічний час, а також при переході від літа до зими вода
охолоджується повільно, а вдень, чи при переході від зими до літа, так само
повільно нагрівається, що є, таким чином, регулятором температури на Земній
кулі. [3]
Розглянемо найбільш велику
аномалію води - температурна поведінка її теплоємність. Велика теплоємність, як
відомо, показує, скільки треба затратити тепла, щоб підняти температуру
речовини на один градус. Теплоємність рідини після плавлення кристалу
збільшується незначно - не більше 10%. Інша справа вода. При плавленні льоду
теплоємність стрибає від 0 до 18 кал/моль, тобто в два рази! Такого великого
стрибку теплоємності при плавленні не спостерігається ні в одної іншої
речовини: тут вода абсолютний рекордсмен. Стрибок теплоємності після плавлення
означає, що у воді відкриваються якісь нові процеси, на які затрачується,
підбите тепло і яке обумовлюється появою надмірної теплоємкості. Така надмірна
теплоємкість існує в усьому діапазоні температур, при яких вода знаходиться в
рідкому стані. [11]
Ось ще приклад теплоємності
води: незвичайна температурна поведінка її стискування, тобто ступінь її
зменшення об'єму при збільшенні тиску. Звичайно стискування рідини росте з
температурою: при високих температурах рідина більш пухка і її легше стиснути.
Вода виявляє таку нормальну поведінку тільки при високих температурах. При
низьких же її стискування веде себе протилежним чином, в результаті чого в її
температурній поведінці з'являється мінімум при 450˚С. Вода має таку
властивість як „змочування”. При вивченні цього явища встановили, що всі
речовини, які легко змочуються водою (глина, пісок, скло, папір та ін.)
обов'язково мають у своєму складі атоми кисню. Для пояснення природи
змочування, цей факт виявився ключовим: енергетично
неврівноважені молекули поверхневого
шару отримують можливість утворювати додаткові водневі зв'язки з «чужими»
атомами кисню. [10]
Дякуючи поверхневому натягу
та властивості до змочування, вода може підніматись у вузьких вертикальних
каналах на висоту більшу ніж та, яка допускається силою тяжіння, тобто вода має
властивість капілярності.
Капілярність відіграє важливу роль у
багатьох природних процесах, які виникають на Землі. Дякуючи цьому вода змочує
товщу ґрунту, що лежить значно вище дзеркала ґрунтових вод і надає кореням
рослин розчини поживних речовин. Капілярністю обумовлюється рух крові та
тканинних рідин в живих організмах. Найвищими виявляються у води саме ті
характеристики, котрі повинні були б бути найвищими: температура кипіння та
замерзання, теплота
пароутворення та плавлення. Вважали,
що вода повинна кипіти при 700˚С та замерзати при - 900˚С. В такому випадку в
земних умовах. В таких умовах вона ніколи не існувала б ні в твердому, ні в
рідкому станах. Можливим був би тільки газоподібний стан. Але на графіку
залежності температур несподівано різкий підйом - температура кипіння води +
1000˚С, замерзання - 000˚С. Це наглядна перевага асоціативності - широкий
температурний інтервал існування, можливість здійснити всі фазові стани в
умовах нашої планети. Асоціативність води відбивається і на дуже високій
питомій теплоємності її пароутворення. Щоб випарувати воду, вже нагріту до
10000˚С, потребує вшестеро більше кількості теплоти, чим для нагріву цієї ж
маси води на 8000˚С (від 2000˚С до 10000˚С).
Кожну хвилину мільйон тонн
води гідросфери випаровується від сонячного нагріву. В результаті в атмосферу
постійно потрапляє колосальна кількість теплоти, еквівалентне тому, яке б
вироблялося 40 тисячами електростанцій потужністю 1 млрд. кВ кожна. [16]
При плавленні льоду немало
енергії йде на подолання асоціативних зв'язків льодяних кристалів, хоч і
вшестеро менші, чим при випаровуванні води. Молекули, що фактично залишаються в
тому ж середовищі, змінюється лише фазовий стан води.
На багатьох металургійних
заводах Донбасу в якості охолоджувача використовують не холодну воду, а
кип'яток. Охолодження йде за рахунок
теплоти пароутворення - ефективність
процесу підвищується в декілька разів, до того ж відпадає потреба в спорудженні
громіздких градирен. Звичайно, кип'яток як охолоджувач використовується там, де
потрібно охолоджувати об'єкти, нагріті вище 10000˚С.
Широке застосування води в
якості охолоджувача пояснюється не тільки і не стільки в її доступності та
дешевизною. Справжню причину треба шукати також і в фізичних особливостях.
Виявляється, вода володіє ще однією чудовою здібністю - високою теплоємністю.
Поглинаючи велику кількість теплоти, сама вода суттєво не нагрівається. Питома
теплоємність води в п'ять разів вище, чим у піску, і майже в десять разів вище,
ніж у заліза. Здатність води накопичувати більші запаси теплової енергії
дозволяє згладжувати різні температурні коливання на земній поверхні в різні
пори року та в різний час доби. Дякуючи цьому вода є основним регулятором
теплового режиму нашої планети.
Теплоємність води аномальна не
тільки по своєму значенню. Питома теплоємність різна при різних температурах,
причому характер температурної зміни питомої теплоємності своєрідний: вона
знижується по мірі збільшення температури в інтервалі від 0 до 3700˚С, а при
подальшому збільшенні температури - збільшується. Мінімальним значенням питомої
теплоємності води виявлено при температурі 36,790˚С. Виявилось, що при цій
температурі здійснюється і мікрофазові перетворення в системі «рідина -
кристал», тобто «вода - лід». Встановлено, що при змінені температури від 0 до
1000˚С вода послідовно проходить п'ять таких перетворень. їх назвали
мікрофазовими, так як протяжність кристалів мікроскопічна, не більш 0,2-0,3 нм.
Температурні межі переходів - 0, 15, ЗО, 45, 60 та 10000˚С.[13]
Поглиблене вивчення фізичного
значення та напрямку практичного застосування даного явища ще чекають своїх
досліджень. Але вже й тепер зрозуміло, що ці відкриття представляють дуже
цікавий та цінний пізнавальний матеріал. [14]
Молекули води відрізняються
великою стійкістю до нагрівання. Проте при температурах вище 1000С водяна пара
починає розкладатися на водень та кисень: 2Н20 > 2Н2 + О2.
Процес розкладу речовини в
результаті його нагрівання називається термічною дисоціацією. Термічна
дисоціація води протікає з поглинанням теплоти. Тому, чим вище температура, тим
в більшому ступені розкладається вода.
Вода - дуже реакційна
сполука. Оксиди багатьох металів та неметалів з'єднуються з водою, утворюючи
основи та кислоти:
Н20 + Nа20 = 2NaОН
Н20 + SO2 = Н2SO3
деякі солі утворюють з водою
кристалогідрати:
Н20 + Н2SO4 = Н2SO4 • Н2O
10Н2О + Nа2СОЗ –Na2CO3 • 10Н20
Н20 + NaОН = NaОН • Н20
5Н20 + СuSO4 = СuSO4• 5Н20;
Найбільш активні метали взаємодіють з
водою з виділенням водню:
2Н20 + Lі = 2LiОН + Н2
2Н20 + Са = Са(ОН)2 + Н2
Вода здатна утворювати
сполуки з рядом речовин, що знаходяться при звичайних умовах в газоподібному
стані та не володіючих великою хімічною активністю. Прикладом можуть слугувати
гідрати Хе • 6Н20, СН4 • 6Н20, С2Н5Сl • 15Н2O. Такі сполуки утворюються в
результаті заповнення молекулами газу міжмолекулярних порожнин, що є в
структурі води, і називаються сполуками включення, чи клатратами. Клатрати -
нестійкі сполуки і можуть існувати при порівняно низьких температурах. До важливих хімічних
властивостей води належить її здатність вступати в реакції гідролітичного
розкладу:
СНЗСОО - + Н20 снзсоон + он-
Питна вода, що подається
централізованими системами водо-забезпечення, повинна відповідати гігієнічним
вимогам Держстандарту. За даними Держстандарту питна вода має такі гігієнічні
вимоги:
вода повинна бути безпечна в
епідемічному відношенні, нешкідлива по хімічному складі та мати благополучні
органолептичні властивості;
вода не повинна перевищувати
допустимий вміст мікроорганізмів та бактерій;
концентрація хімічних речовин, що
зустрічаються в природних водах чи доданих до води в процесі її обробки, не
повинна перевищувати нормативів;
вода не повинна мати водні організми
та поверхневу плівку. Питна вода не зовсім відповідає вимогам Держстандарту
-2874-82 „ Вода питна”. Вона має значно більшу мінералізацію, твердість,
погіршені смакові якості.
1.3 Джерела забруднення
внутрішніх водойм
Під забрудненням водних
ресурсів розуміють будь-які зміни фізичних, хімічних і біологічних властивостей
води у водоймах у зв’язку зі скиданням в них рідких, твердих і газоподібних
речовин, які спричиняють чи можуть створити незручності, роблячи воду даних
водоймищ небезпечною для використання, завдаючи шкоди народному господарству,
здоров’ю та безпеці населення. Забруднення поверхневих і підземних
вод можна розподілити на такі типи: механічне - підвищення змісту
механічних домішок властиве переважно поверховим видам забруднень; хімічне - наявність у воді
органічних і неорганічних речовин токсичного і нетоксичного дії; бактеріальне і біологічне -
наявність у воді різноманітних патогенних мікроорганізмів, грибів І дрібних
водоростей; радіоактивне - присутність радіоактивних речовин в
поверхневих або підземних водах; теплове - випуск у водоймища
підігрітих вод теплових і атомних ЕС.
Основними джерелами
забруднення і засмічення водойм є недостатньо очищені стічні води промислових і
комунальних підприємств, великих тваринницьких комплексів, відходи виробництва
при розробці рудних копалин; води шахт, рудників, обробці і сплаві
лісоматеріалів; скиди водного і залізничного транспорту; відходи первинної
обробки льону, пестициди і т.д. Забруднюючі речовини, потрапляючи в природні
водойми, призводять до якісних змін води, які в основному виявляється у зміні
фізичних властивостей води, зокрема, поява неприємних запахів, присмаків і
т.д.); у зміні хімічного складу води, зокрема, поява в ній шкідливих речовин, в
наявності плаваючих речовин на поверхні води і відкладанні їх на дні водойм. Виробничі стічні води
забруднені переважно відходами та викидами виробництва. Кількісний та якісний
склад їх різноманітний і залежить від галузі промисловості, її технологічних
процесів; їх ділять на дві основні групи: що містять неорганічні домішки, в
т.ч. і токсичні, і містять отрути.
До першої групи належать
стічні води содових, сульфатних, азотно-тукових заводів, збагачувальних фабрик
свинцевих, цинкових, нікелевих руд і тощо, в яких містяться кислоти, луги, іони
важких металів та ін. Стічні води цієї групи в основному змінюють фізичні
властивості води. Стічні води другої групи скидають нафтопереробні, нафтохімічні заводи,
підприємства органічного синтезу, коксохімічні та ін. У стоках містяться різні
нафтопродукти, аміак, альдегіди, смоли, феноли та інші шкідливі речовини.
Шкідливе дію стічних вод цієї групи полягає головним чином в окисних процесах,
внаслідок яких зменшується вміст у воді кисню, збільшується біохімічна потреба
в ньому, погіршуються органолептичні показники води.
Нафта і нафтопродукти на
сучасному етапі є основними забруднювачами внутрішніх водойм, вод і морів,
Світового океану. Потрапляючи в водойми, вони створюють різні форми
забруднення: плаває на воді нафтову плівку, розчинені або емульговані у воді.
Нафтопродукти, що осіли на дно важкі фракції і т.д. При цьому змінюється запах,
смак, забарвлення, поверхневий натяг, в'язкість води, зменшується кількість
кисню, з'являються шкідливі органічні речовини, вода набуває токсичні
властивості і представляє загрозу не тільки для людини. 12 г нафти роблять непридатною
для вживання тонну води.
Досить шкідливим забруднювачем
промислових вод є фенол. Він міститься в стічних водах багатьох нафтохімічних
підприємств. При цьому різко знижуються біологічні процеси водойм, процес їх
самоочищення, вода набуває специфічний запах карболки.
На життя населення водойм
згубно впливають стічні води целюлозно- паперової промисловості. Окислення
деревної маси супроводжується поглинанням значної кількості кисню, що
призводить до загибелі ікри, мальків І дорослих риб. Волокна й інші нерозчинні
речовини засмічують воду і погіршують її фізико-хімічні властивості. На риб і
на їхньому кормі - безхребетних - несприятливо позначаються молеві сплави. З гниючої деревини і
кори виділяються у воду різні дубильні речовини. Смола і інші екстрактивні
продукти розкладаються і поглинають багато кисню, викликаючи загибель риби,
особливо молоді і ікри. Крім того, молеві сплави сильно засмічують річки, а
топляк нерідко повністю забиває їх дно, позбавляючи риб нерестовищ і кормових
місць. Атомні електростанції радіоактивними відходами забруднюють
річки. Радіоактивні речовини концентруються дрібними планктонними
мікроорганізмами і рибою, потім по ланцюгу харчування передаються іншим
тваринам. Встановлено, що радіоактивність планктонних мешканців в тисячі разів
вище, ніж води, в якій вони живуть.
Стічні води, що мають
підвищену радіоактивність (100 кюрі на 1 л і більше), підлягають захороненню в
підземні безстічні басейни І спеціальні резервуари. Зростання населення,
розширення старих і виникнення нових міст значно збільшили надходження
побутових стоків у внутрішні водойми. Ці стоки стали джерелом забруднення річок
та озер хвороботворними бактеріями і гельмінтами. У ще більшою мірою
забруднюють водойми миючі синтетичні засоби, широко використовуються в побуті.
Вони знаходять широке застосування також у промисловості та сільському
господарстві. Вміщені в них хімічні речовини, вступаючи зі стічними водами в
річки і озера, роблять значний вплив на біологічний і фізичний режим водоймищ.
У результаті знижується здатність вод до насичення киснем, паралізується
діяльність бактерій, мінеральні органічні речовини.
Викликає серйозне
занепокоєння забруднення водоймищ пестицидами і мінеральними добривами, які
потрапляють з полів разом із струменями дощової і талої води. У результаті
досліджень, наприклад, доведено, що інсектициди, які у воді у вигляді суспензій
розчиняються в нафтопродуктах, якими забруднені річки й озера. Ця взаємодія
призводить до значного ослаблення окислювальних функцій водних рослин.
Потрапляючи у водойми, пестициди накопичуються у планктоні, бентосі, рибі, а по
ланцюжку живлення потрапляють в організм людини, діючи негативно як на окремі
органи, так і на організм в цілому. У зв'язку з інтенсифікацією
тваринництва все більш дають про себе знати стоки підприємств даної галузі
сільського господарства. Стічні води, рослинні волокна,
тваринні і рослинні жири, фекальна маса, залишки плодів і овочів, відходи
шкіряної і целюлозно-паперової промисловості, цукрових і пивоварних заводів,
підприємств м'ясо-молочної, консервної та кондитерської промисловості, є
причиною органічних забруднень водоймищ. У стічних водах зазвичай
близько 60% речовин органічного походження, до цієї ж категорії органічних
відносяться біологічні (бактерії, віруси, гриби, водорості) забруднення в
комунально-побутових, медико-санітарних водах і відходах шкіряних і вовномийних
підприємств.
Нагріті стічні води теплових
ЕС та ін виробництв заподіюють "Теплове забруднення", яке загрожує
досить серйозними наслідками: в нагрітій воді менше кисню, різко змінюється
термічний режим, що негативно впливає на флору і фауну водоймищ, при цьому
виникають сприятливі умови для масового розвитку у водосховищах синьо-зелених
водоростей - так званого "цвітіння води" Забруднюються річки і під час
сплаву, при гідроенергетичному будівництві, а з початком навігаційного періоду
збільшується забруднення судами річкового флоту.
Розділ II. Шляхи очищення природних вод для водопостачання
2.1 Основні технологічні процеси очистки води
Необхідність обробки води
виникає тоді, коли якість води природних джерел не задовольняє необхідних
вимог. Така невідповідність може бути тимчасовою чи постійною. Характер і
ступінь невідповідності якості води джерела вимогам користувача зумовлює вибір
методів обробки. Якщо при цьому може бути використано різні методи очистки, то
вибір їх проводиться на основі техніко-економічних розрахунків.
Розрізняють такі поняття:
більш широке – водоочищення і вужче - водопідготовка. Водоочищення - це
комплекс технологічних процесів, які спрямовані на доведення якості води, що
надходить у водопровід з джерела водопостачання, до встановлених показників.
Водоочищення - це обробка води, яка надходить з природного джерела постачання
для живлення парових котлів та інших технологічних цілей. Водоочищення
проводиться на ТЕС, транспорті, у комунальному господарстві, на промислових
підприємствах.
Технологія кондиціювання води
передбачає процеси, пов'язані з коригуванням її фізичних і хімічних
властивостей, а також процеси знезараження (звільнення від патогенних бактерій
і мікроорганізмів).
Класифікація домішок за
Фазовим станом Л.А. Кульського, найбільш загальними і характерними ознаками
забруднюючих воду речовин є форми знаходження їх у воді. Тому в основу принципу
групування домішок і технологічних прийомів водоочищення цим автором
запропоновано поняття
про фізико-хімічний стан домішок у
воді. Цей стан значною мірою характеризується дисперсністю речовин і визначає
закономірності процесів, що протікають у водному середовищі.
Усі домішки, які забруднюють
водойми, охоплюються повністю цими чотирма групами даної класифікації.
До І групи домішок води
належать завислі у воді речовини. Сюди слід віднести також бактеріальні завислі
речовини та інші біологічні утворення. Вилучення цих домішок, тобто освітлення
води, може бути досягнуто шляхом використання безагрегатних методів.
II група домішок води - різні
типи гідрофільних і гідрофобних систем, високомолекулярні речовини й детергенти
- може вилучатися з води за допомогою різних методів і технологічних прийомів.
Так, використовується обробка води хлором, озоном та іншими окисниками. При
цьому знижується колірність води, знищуються мікроорганізми, руйнуються
гідрофільні колоїди, що створює сприятливі умови для наступного коагулювання,
прискорюється процес утворення пластівців та осаду.
Для III групи домішок, які є
молекулярними розчинами, найбільш ефективними є такі процеси їх вилучення з
води, як:
керування; окиснення; адсорбція.
До IV групи домішок, які є
електролітами, технологія очистки води зводиться до зв’язування іонів у мало
розчинні і мало дисоційовані сполуки за допомогою доданих у воду реагентів. [З
]. Хімічні, фізичні та фізико-хімічні процеси, які використовуються для
підготовки води, можна поділити на дві групи. До першої - відносяться процеси, пов'язані
з коригуванням її фізичних і хімічних властивостей. Друга група об'єднує
процеси, які забезпечують знезараження води, тобто звільнення від шкідливих
бактерій та мікроорганізмів. До першої групи (коригування властивостей)
відносяться процеси, які дозволяють провести освітлення, усунути з води
небажані присмаки і запахи, агресивні гази, залізо, марганець, кремнієву
кислоту тощо.
Знезараження води є обов'язковим за
умови санітарної ненадійності джерела, що використовується для господарських
цілей.Коригування властивостей води є найважливішими, як за поширенням, так і
за питомою вагою. Є процеси освітлення та усунення колірності. Для освітлення
та усунення колірності використовують безреагентні та реагентні методи.
2.2 Знезараження води хлором, озоном, сріблом та йодом
Знезараження води є
обов'язковим за умови санітарної ненадійності джерела, що використовується для
господарських цілей, як правило, перед знезараженням проводять освітлення й
усунення колірності води, в результаті чого вода звільняється від завислих
часток, які затруднюють проведення знезараження, і від частини бактерій (при
фільтруванні затримується 98-99% всіх бактерій). Але знезараження можна
розглядати як самостійний і часто єдиний процес обробки води. У такому вигляді
він використовується на водопроводах, джерелом яких є підземні води.
Знезараження води може здійснюватися двома способами - за допомогою спеціальних
реагентів і без них.[5]
Реагентними методами
називаються такі, за яких для знезараження води використовуються хімічні речовини,
що викликають загибель мікроорганізмів. Такими речовинами є багато окисників
(СІ, N2), а також солі деяких важких
металів (в основному Ag і Сu).
За безреагентних методів
знезаражена вода підлягає впливу ультрафіолетових променів, які мають бактерицидні
властивості (короткі хвилі в межах 2000-2950 А), чи високої температури
(кип'ятіння).
Хлорування води - один із поширених
методів знезараження води на водопроводах. Ця процедура виконується в усіх
випадках забору води з поверхневих водойм, а також при отриманні води з
підземних джерел, бактеріальні показники яких не відповідають вимогам
стандарту. Хлорування води відбувається газоподібним СІ, або ж речовинами, що
містять активний СІ: хлорне вапно, хлорит, діоксид хлору.
Збудники тифу, дизентерії,
холери й бруцельозу є дуже чутливими до дії хлору. Навіть сильно заражена
бактеріями вода значною мірою дезінфікується порівняно невеликими дозами хлору.
Але все одно - при хлоруванні повної стерилізації води не відбувається. Бактерицидний ефект хлору
значною мірою залежить від його початкової дози і тривалості контакту з водою.
Частіше за все на руйнування клітин витрачається лише незначна частина хлору.
Більша частина хлору йде на реакцію з різноманітними органічними і мінеральними
домішками, які містяться у воді. Хлорування є заходом, який постійно здійснюється на
комунальних водопроводах та станціях з очистки господарсько-побутових І деяких
категорій промислових стічних вод. Крім того, хлорування проводиться як
короткочасний чи періодичний захід, необхідний для дезінфекції ділянок
водопроводу, що вводяться в експлуатацію, фільтрів, резервуарів чистої води.
Постхлорування - це процес
знезараження води, який проводиться після всіх інших способів її обробки і є
завершальним етапом очистки води. Постхлорування може здійснюватися як
невеликими дозами (нормальне хлорування), так і підвищеними (перехлорування).
Використовується воно і спільно з іншими речовинами для знешкодження
мікроорганізмів (комбіноване хлорування).
Практичне використання
процесу хлорування в основному зводиться до пре- та постхлорування.
Застосовується також подвійне хлорування (пре- та постхлорування). Подвійне
хлорування використовується за високої колірності води та за підвищеного вмісту
в ній органічних речовин.
Озонування води - один із
ефективних методів знезараження води. Озон, як відомо, є алотропічною
модифікацією кисню, і молекула його на відміну від молекули кисню 02 складається не з двох, а з трьох
атомів 03. Озонування води ґрунтується
на властивості озону розкладатися у воді з утворенням атомарного кисню: O3 > O2 + О, який руйнує ферментні системи мікробних клітин, окиснює деякі
сполуки, що надають воді неприємного запаху (наприклад, гумінові основи). З
позиції гігієни озонування є одним з найкращих способів знезараження води. Вода
при цьому не збагачується додатковими домішками. Залишковий невикористаний озон
через короткий проміжок часу розпадається і перетворюється на кисень.
Треба зазначити, що
озонування води є відповідальним технологічним
процесом, який вимагає великих витрат
електроенергії, застосування складних приладів і висококваліфікованого
технагляду, оскільки концентрований озон - отруйний газ. Це до певної міри є
стримуючим фактором для його широкого застосування.
Знезараження води іонами
срібла навіть у малих концентраціях має властивість знищувати мікроорганізми,
що пояснюється властивістю його іонів руйнувати протоплазму мікроорганізмів. Ступінь
активності срібла тим більший, чим вища концентрація його іонів у розчині.
Збагачення води іонами Ag досягається кількома способами: методом контактування
води з розвинутою поверхнею металу (посріблені кільця Рашига, пісок Краузе
тощо), - методом безпосереднього розчинення у воді препаратів срібла
електролітичними способами (метод А.Л. Кульського).
«Срібна вода», яка готується
електролітичним розчиненням, має високі бактерицидні властивості і з успіхом
може бути використана для очистки води від шкідливих мікроорганізмів,
дезинфекції та консервування продуктів
харчування, для лікувальних цілей
тощо. Завдяки мізерним дозам срібла вона є зовсім не шкідливою.
Йодування води. З галогенів,
окрім СІ, для знезараження води використовуються також І і Вг. Але в практиці
водопостачання знайшло застосування лише йодуванням води. Йодування має ряд
суттєвих переваг порівняно з хлоруванням: менша тривалість контакту з водою; більший
бактерицидний ефект; розширення діапазону бактерицидної дії;
йод не є елементом, чужим для
людського організму; концентрація йоду в обробленій воді нерідко не перевищує
фонових значень вихідної води.
В нашій країні йодування у
виробничих масштабах було здійснено на водному транспорті.
2.3 Безагрегатні методи знезараження води Безагрегатні методи
знезараження води:
Знезараження води
ультрафіолетовим промінням. Ультрафіолетове проміння впливає на білкові
молекули і ферменти цитоплазми клітин. Знезараженню ультрафіолетовим промінням
краще за все піддається очищена прозора вода, колірність якої не перевищує 20°,
оскільки завислі та колоїдні частинки розсіюють світло і заважають проникненню
ультрафіолетового проміння. Джерелами ультрафіолетового проміння є ртутні
лампи, виготовлені з кварцового скла (оскільки звичайне скло не пропускає
ультрафіолетову радіацію). Під дією електричного струму ртутні пари дають
яскраве зеленувато-біле світло, багате на ультрафіолетове проміння. Існують два
основні види апаратів для опромінення: апарати із зануреними і не зануреними джерелами
ультрафіолетових променів. Знезараження опроміненням не вимагає додавання у воду
хімічних реагентів, не змінює фізико-хімічних властивостей домішок і не впливає
на смакові якості води. Але використання методу обмежується високою вартістю обробки
води й відсутністю післядії. Короткочасність знезаражуючого ефекту виключає
застосування методу, якщо існує небезпека повторного зараження води.
Знезараження води
ультразвуковими хвилями. Єдиної теорії, яка б пояснювала досконалу бактерицидну
дію ультразвуку, на даний час немає. Найбільш вірогідною є гіпотеза, що пояснює
дію ультразвуку на бактерії у воді явищем кавітації, тобто утворенням у рідині
порожнини та бульбашок, миттєве «закривання» яких підвищує тиск до десятків
тисяч атмосфер. До сьогоднішнього часу дослідження ультразвукових хвиль з метою
використання їх в практиці на вітчизняних водопроводах не вийшло із стадії
експериментів. За кордоном існують промислові установки.
Термічне знезараження.
Термічний метод знезараження застосовується для невеликих об’ємів води. Цим
методом користуються в побутових умовах, в санаторіях, в лікарнях, на суднах, у
потягах. Знезараження досягається 5-10
хвилинним кип'ятінням. Термічний
метод знезараження води не знайшов застосування навіть на малих водопроводах
через його високу вартість, пов'язану з великими витратами палива, та через
малу продуктивність установок.
Утворення токсичних хлорорганічних
сполук при хлоруванні води. За певних умов при обробці води активним хлором
можуть утворюватися небезпечні для здоров'я людини речовини, зокрема: хлороформ
(має канцерогенну активність);
дихлорбромметан, хлоридбромметан,
трибромметан (мають мутагенні властивості); 2,4,6-трихлорфенол, 2-хлорфенол,
дихлорацетонітрил, хлорпіридин, поліхлоровані біфеніли (є імунотоксичними та
канцерогенними).
Гранично-допустимі концентрації таких
токсичних сполук, як тригалогенметани (ТГМ), у національних і міжнародних
стандартах якості питної води коливаються в широких межах (від 1 до 100 мкг/л),
оскільки це питання ще мало вивчено. Так, стандарти ЄЕС вимагають вилучення ТГМ
до 1 мкг/л, рекомендації ВООЗ - до 10-30 мкг/л, стандарт США - до 100 мкг/л, а
рекомендації нашого Міністерства охорони здоров'я - до 60 мкг/л.
В результаті проведених за
останні 10 років досліджень було встановлено, що у воді можуть бути присутніми
токсичні леткі галогенорганічні сполуки (ЛГС). Це в основному сполуки, що
відносяться до групи ТГМ: хлороформ, дихлорбромметан, дибромхлорметан,
бромоформ та інші, які мають канцерогенну і мутагенну активність.
Медиками виявлено
взаємозв'язок між кількістю онкологічних захворювань і споживанням населенням
хлорованої води, яка містила галогенорганічні сполуки. У концепції поліпшення
якості питної води в Україні, яку було створено згідно з прийнятою Урядом в
1991 р. науково-соціальною програмою «Питна вода», передбачено розробку і
впровадження сучасних технологій отримання якісної питної води з використанням
N2, Н202, що виключає застосування хлору в технології очистки і запобігає
утворенню високотоксичних хлорорганічних сполук.
Але в найближчий час, як вважає ряд учених (зокрема, О.В. Сліпченко, Л.А. Кульський, Є.С. Маркевич, 1990), за умов масового централізованого водопостачання відмовитися від знезараження води методом хлорування буде складно з економічних і технологічних причин.
2.4 Методи очищення стічних вод
У річках й інших водоймищах
відбувається природний процес самоочищення води. Проте він протікає повільно.
Доки промислово-побутові скиди були невеликі, річки самі справлялися з ними. У
наше індустріальне століття у зв'язку з різким збільшенням відходів водоймища
вже не справляються з таким значним забрудненням. Виникла необхідність
знешкоджувати, очищати стічні води та утилізувати їх.
Очищення стічних вод -
обробка стічних вод з метою руйнування або видалення з них шкідливих речовин.
Звільнення стічних вод від забруднення - складне виробництво. У ньому, як і в
будь-якому іншому виробництві є сировина (стічні води) та готова продукція
(очищена вода). Медиками виявлено взаємозв'язок між кількістю онкологічних
захворювань і споживанням населенням хлорованої води, яка містила
галогенорганічні сполуки. У концепції поліпшення якості питної
води в Україні, яку було створено згідно з прийнятою Урядом в 1991 р.
науково-соціальною програмою «Питна вода», передбачено розробку і впровадження
сучасних технологій отримання якісної питної води з використанням N2, Н202, що
виключає застосування хлору в технології очистки і запобігає утворенню високотоксичних
хлорорганічних сполук. Але в найближчий час, як вважає ряд учених (зокрема,
О.В. Сліпченко, Л.А. Кульський, Є.С. Маркевич, 1990), за умов масового
централізованого водопостачання відмовитися від знезараження води методом
хлорування буде складно з економічних і технологічних причин. Методи очищення стічних вод можна
розділити на механічні, хімічні, фізико- хімічні І біологічні, коли ж вони
застосовуються разом, то метод очищення і знешкодження стічних вод називається
комбінованим. Застосування того чи іншого методу у кожному конкретному випадку
визначається характером забруднення і ступенем шкідливості домішок.
Суть механічного методу
полягає в тому, що із стічних вод шляхом відстоювання і фільтрації видаляються
механічні домішки. Грубодисперсні частинки в залежності від розмірів
уловлюються гратами, ситами, песколовками, септиками, навозоуловітелямі різних
конструкцій, а поверхневі забруднення - нефтеловушкамі, бензомаслоуловлювач,
відстійниками і ін Механічне очищення дозволяє виділяти з побутових стічних вод
до 60-75% нерозчинних домішок, а з промислових до 95%, багато з яких як цінні
домішки, використовуються у виробництві.
Хімічний метод полягає в
тому, що в стічні води додають різні хімічні реагенти, які вступають в реакцію
із забруднювачами і облягають їх у вигляді нерозчинних опадів. Хімічним
очищенням досягається зменшення нерозчинних домішок до 95% і розчинних до 25%
При фізико-хімічному методі
обробки із стічних вод видаляються тонко дисперсні і розчинені неорганічні
домішки і руйнуються органічні і погано окислюються речовини, найчастіше з
фізико-хімічних методів застосовується коагуляція, окислювання, сорбція,
екстракція і т.д. Широке застосування знаходить також електроліз. Він полягає в
руйнуванні органічних речовин у стічних водах і витяганні металів, кислот і
інших неорганічних речовин. Електролітична очищення здійснюється в особливих
спорудах електролізерах. Очищення стічних вод за допомогою електролізу
ефективне на свинцевих і мідних підприємствах, в лакофарбовій та деяких інших
областях промисловості.
Забруднені стічні води
очищають також за допомогою ультразвуку, озону, іонообмінних смол і високого
тиску, добре зарекомендувала себе очищення шляхом хлорування. Серед методів
очищення стічних вод велику роль повинен зіграти біологічний метод, заснований
на використанні закономірностей біохімічного і фізіологічного самоочищення
річок та інших водойм. Є кілька типів біологічних пристроїв по очищенню стічних
вод: біофільтри, біологічні ставки і аеротенОкі. У біофільтрах стічні води
пропускаються через шар грубозернистого матеріалу, покритого тонкою
бактеріальною плівкою. Завдяки цій плівці інтенсивно протікають процеси
біологічного окислення. Саме вона служить діючим початком у біофільтрах.
У біологічних ставках в очищенні
стічних вод беруть участь всі організми, що населяють водойму.
Аеротенки - величезні
резервуари із залізобетону. Тут очищає початок - активний мул з бактерій і
мікроскопічних тварин. Всі ці живі істоти бурхливо розвиваються в аеротенках,
чому сприяють органічні речовини стічних вод і надлишок кисню, що надходить у
спорудження потоком подається. Бактерії склеюються в пластівці і виділяють
ферменти, мінеральні органічні забруднення. Із з пластівцями швидко осідає,
відділяючись від очищеної води. Інфузорії, джгутикові, амеби, коловертки і інші
дрібні тварини, пожираючи бактерії, які не злипаються в пластівці, омолоджують
бактеріальну масу мулу.
Стічні води перед біологічним
очищенням піддають механічному, а після неї для видалення хвороботворних
бактерій І хімічному очищенню, хлоруванню рідким хлором або хлорним вапном. Для
дезінфекції використовують також інші фізико-хімічні прийоми (ультразвук,
електроліз, озонування та ін.)
Біологічний метод дає великі
результати при очищенні комунально - побутових стоків. Він застосовується також
і при очищенні відходів підприємств нафтопереробної, целюлозно-паперової
промисловості, виробництві штучного волокна.
2.5 Вибір технологічної схеми очищення стічних вод
Вибір оптимальних
технологічних схем очищення води - досить складне завдання, що зумовлено
переважним різноманіттям знаходяться у воді домішок і вимогами, пред'явленими
до якості очищення води. При виборі способу очищення домішок враховують не
тільки їх склад у стічних водах, а й вимоги, яким повинні задовольняти очищені
води: при скиданні у водойму - ГДС (гранично допустимі скиди) і ГДК (Гранично
допустимі концентрації речовин), а при використанні очищених стічних вод у
виробництві - ті вимоги, які необхідні для здійснення конкретних технологічних
процесів.
Для приготування з стічних
вод технічної води або забезпечення умов скиду очищених стічних вод водойм
велике значення має техніко-економічна оцінка способів підготовки води.
Економічне перевагу мають, як правило, замкнуті системи водовикористання
[20-22]. Однак процес заміни сучасних виробництв безвідходними, у тому числі і
з повністю замкнутою системою водокористування, досить тривалий. Тому частина
очищених стічних вод скидають у водойми. У цих випадках необхідно дотримувати
встановлених нормативів для відносної концентрації шкідливих речовин в очищених
стічних водах.
Застосовувані схеми очищення
повинні забезпечувати максимальне використання очищених вод в основних
технологічних процесах і мінімальний їх скидання у відкриті водойми. При
широкому впровадженні оборотних систем є додаткові резерви по скороченню
витрати свіжої води і зменшення скидання у відкриті водойми. При широкому
впровадженні оборотних систем є додаткові резерви по скороченню витрати свіжої
води і зменшення скиду стічних вод у водойми (вдосконалення технологічних
процесів, підвищення ефективності очищення стічних вод). Стічні води є чистими,
якщо їх відведення у водні об'єкти не призводить до порушення норм якості води
в контрольованому створі або пункті водовикористання. Ступінь очищення стічних
вод при скиданні їх у водойми визначається нормативами якості води водоймища в
розрахунковому створі і у великій мірі залежить від фонових забруднень. Для
зниження концентрацій шкідливих домішок, присутніх у стічних водах, до
необхідних величин необхідна достатньо глибоке очищення. Тому важливе значення
має надійний контроль ступеня очищення стічних вод, так як з жорсткістю вимог
до якості очищених вод значення ГДК більшості шкідливих речовин знижується і,
отже, зростають труднощі їх визначення [23]. Крім того, контроль ускладнюється
при визначенні концентрацій шкідливих речовин в сильно розбавлених стічних
водах.
Висновки
1. Однією екологічних проблем
є стан питних вод. Саме цей фактор серйозно впливає на здоров'я населення,
зокрема, на сольовий баланс системи травлення, появу злоякісних пухлин, порушує
діяльність кровотворної, сечостатевої й інших систем організму людини.
Нераціональна експлуатація свердловин та тотальне зрошення привело до того, що
ці горизонти насичуються водами інших водоносних горизонтів. Головним наслідком
такого процесу є збільшення мінералізації питних вод.
2. Більшість свердловин
об'єднані у загальну мережу. Очищення води проводиться методом хлорування:
газоподібним СІ, або ж речовинами, що містять активний СІ: хлорне вапно,
хлорит, діоксид хлору. Для зменшення агресивності дії СІ можна запропонувати
хлорування з амонізацією, що знижує окислювально-відновлювальний потенціал
системи «природна вода-хлор». Зв'язаний хлор (хлораміни), що при цьому
утворюється, має менші властивості, ніж вільний хлор, внаслідок чого
концентрація хлорорганічних сполук у воді значно зменшується. Через це
поліпшуються органолептичні властивості води.
Вміст хлору в воді при хлоруванні з
амонізацією знижується від 0,33-0,36 мг/дм3 до 0,02-0,05 мг/дм3.
При застосуванні амонізації зменшились дози хлору, наприклад, уже в червні
2000р. доза хлору на первинному хлоруванні знизилась від 6,5 мг/дм3
до 4 мг/дм3. Можна також використовувати метод флокуляції води. У
холодний період року, коли коагуляція ускладнена, для досягнення відповідності
показників якості потрібно значно збільшувати дози коагулянту, що призводить до
зростання залишкового алюмінію у питній воді, який токсичним елементом. Для
вирішення цієї проблеми використовують флокулянти, які посилюють процес
коагуляції при зниженні доз коагулянту. Цей процес веде до зменшення
кольоровості води питної води від 20-18 до 15-10 градусів, а залишкового
алюмінію, в середньому, від 0,24 мг/дм3 до 0,09 мг/дм3.
Тому використання такої води супроводжується захворюваннями.
3. Одним з основних напрямків роботи
з охорони водних ресурсів є впровадження нових технологічних процесів
виробництва, перехід на замкнуті (безстічні) цикли водопостачання, де очищені
стічні води не скидаються, а багаторазово використовуються в технологічних
процесах. Замкнуті цикли промислового водопостачання дадуть можливість повністю
ліквідувати скидаються стічних вод у поверхневі водойми, а свіжу воду
використовувати для поповнення безповоротних втрат. У хімічній промисловості
заплановано широке впровадження маловідходних і безвідходних технологічних
процесів, що дають найбільший екологічний ефект. Велика увага приділяється
підвищенню ефективності очищення виробничих стічних вод. Значно зменшити
забрудненість води, що скидається підприємством, можна шляхом виділення зі
стічних вод цінних домішок, складність вирішення цих задач на підприємствах
хімічної промисловості полягає в різноманітті технологічних процесів і
одержуваних продуктів. Слід зазначити також, що основна кількість води в галузі
витрачається на охолодження. Перехід від водяного охолодження до повітряного
дозволить скоротити на 70-90% витрати води в різних галузях промисловості. У
зв'язку з цим вкрай важливими є розробка і впровадження новітнього обладнання,
що використовує мінімальна кількість води для охолодження.
Істотний вплив на підвищення
водообігу може надати впровадження високоефективних методів очищення стічних
вод, зокрема фізико - хімічних, з яких одним з найбільш ефективних є
застосування реагентів. Використання
реагентного методу очищення
виробничих стічних вод не залежить від токсичності присутніх домішок, що за
порівняно зі способом біохімічної очистки має істотне значення. Більш широке
впровадження цього методу як у поєднанні з біохімічною очищенням, так і окремо,
може в певній мірі вирішити ряд завдань, пов’язаних з очищенням виробничих
стічних вод. У найближчій перспективі намічається впровадження мембранних
методів для очищення стічних вод. Таким чином, охорона і раціональне
використання водних ресурсів - це одна з ланок комплексної світової проблеми
охорони природи.
Список використаних джерел:
1. Общая химия .М.К.Стругацкий и
Б.П.Надеинский// 2-е изд. М: - 1959. - 340с.
2. Общая химия./ Н.Л.Глинка.// Изд.
„Химия” - 1978. - 718с.
3. Посібник для вступників ло вищих
навчальних закладів./Хомченко Г.Л.// Пер. З рос. - К.: Видавництво А.С.К.,
2003. - 480с.
4. Наукова стаття Волкової С.А.
5. Науково-практичний журнал « Вода
та водоочисні технології».// № З, К:. - вересень 2003.--120 с.
6. Наддніпрянська
правда./ № 21 за 20.05.04.
7. Використання і охорона підземних
вод// Яковенко П.І./ К.: Урожай 1986. 104с.
8. Экспедиция по исследованию
качества воды в Украине. Грант № ОС- 003695-127000. Киев. 2000. - 41с.
9. Экологическая геология Украины.
Справочное пособие. - К.: Наукова думка, 1993. - 408 с.
10. Інформаційний звіт по режиму
підземних вод, оцінці їх стану, Державного обліку вод по Херсонській області за
станом на 1.01.2001р., Херсон,2001.
11. Гідрохімія України./ Горев Л.М.,
Пелешенко В.К.Дільчевський В .К.// К.: Вища школа, 1995. - 307с.
12. Гигиеничечкая оценка современних
способов обеззараживания питьевой води / Авчинников А.В.// Гигиена и санитария.
- 2001.— № 2. - С. 11-20.
13. Дезинфекция питьевой воды:
проблемы и решения/ Бахир В.М. // Питьевая вода. - 2003.- №1 С. 13-20
14. Современное состояние проблемы
обеззараживания води/ Гончарук В.В.// Химия и технология воды. - 1998. - Т.20,
№ 2 - С. 190-213.
15. Хлорирование воды как фактор
повышенной опасности для здоровья населения/ Красовский Г. Н., Егорова Н.А.//
Гигиена и анитария. - 2003. № 1.
16. Технология обеззараживания води./
Малышев С.А.// Вода і очисні технології. - 2002. № !. - С.47-49.
17. Екологія Херсонської області/
Бойко М.Ф./ 2003 - 17-21, 88-91.
18. Популярная медицинская
енциклопедия. БМЭ, -- 1963.- СЛ4-16.
19. Концерн «Природа»// Вода і
водоочисні технології. - 2001. - № 2.-45с.
20. Туровський І.С. Обробка осадів
стічних вод М.: Стройиздат 1984.
21. Жуков О.І. Монгайт І.Л.,
Родзіллер І.Д. Методи очищення виробничих стічних вод М.: Стройиздат.
22. Евіловіч О.З. Утилізація опадів
стічних вод М.: Стройиздат 1989.
23. А.Г. Банніков, А.К. Рустамов, А.А.1987
Немає коментарів:
Дописати коментар