Реферат: Химия и экология

Зоны санитарной охраны источников хозяйственно-пи­тьевого водоснабжения устанавливаются в составе трех поясов. Назначение первого пояса (зона строгого режима) заключается в защите места водозабора и водозаборных сооружений от загрязнения и повреждения. Территория пер­вого пояса ЗСО должна быть ограждена, на нее не допус­каются посторонние лица, запрещается строительство лю­бых объектов, не связанных с нуждами водопровода.

Основной задачей второго и третьего поясов ЗСО по­верхностного водоисточника является ограничение микроб­ного загрязнения в створе водозабора, а для подземных источников — сохранение постоянства природного соста­ва воды в водозаборе, которая в нашей стране, как прави­ло, без обработки используется для питьевых целей.

Для эффективной защиты подземных вод от микробно­го загрязнения служит второй пояс ЗСО, ограниченный контуром, время движения загрязненного потока от которого до водозабора (скважины) должно быть достаточно для того, чтобы патогенные бактерии и вирусы потеряли жизнеспособность и вирулентность (для грунтовых 400 дней, межпластовых — 200).

В настоящее время в Свердловской области имеется 845 водопроводов. Половина населения области обеспечивается водой от 49 водопроводных систем, забирающих воду из поверхностных источников. Наиболее неблагоприятно об­стоят дела в г. Екатеринбурге (из 48 источников не имеют ЗСО — 36), Серовском (из 41 — 9), Шалинском (из 70 — 20), Ирбитском (из 92 — 83), Тугулымском (из 6 — 3), Байкаловском (из 16 — 16) районах.

Основной причиной ухудшения качества питьевой воды ряда территорий области (гг. Екатеринбург, Нижний Та­гил, Каменск Уральский, Алапаевск, Краснотурьинск и др.) является отсутствие необходимых условий защиты от загрязнения водоисточников, нарушение технологических режимов эксплуатации сооружений водоподготовки и раз­водящих сетей, их аварийное состояние.

Нарушения в части защиты водоисточников от загряз­нения приводят к подаче воды, опасной для здоровья на­селения. В поверхностных источниках централизованного водоснабжения, кроме сбрасываемых сточных вод, пред­ставляют немаловажную опасность донные отложения.

ОБРАБОТКА ВОДЫ ИЗ ПОДЗЕМНЫХ ИСТОЧНИКОВ. Качество используемых подземных вод Свердловской области в целом соответствует установленным стандартам. Однако для городов Асбест и Серов на отдельных водоза­борах требуется дополнительная очистка, деманганация и обеззараживание.

В нашей стране вода из подземных источников часто употребляется без доочистки, в то время как за рубежом из нее удаляется углекислый газ, железо и марганец. Иногда требуется снижение высоких уровней жесткости, высоких концентраций солей, удаление органических и особенно гумусовых веществ, устранение промышленных

и сельскохозяйственных загрязнений (таких как хлори­рованные углеводороды или пестициды), уничтожение бактерий или других патогенных организмов. Природа и концентрация загрязняющих веществ в сырой воде опре­деляет выбор средств и оборудования для их удаления.

Раскисление. Для раскисления используются открытые или закрытые аэраторы, такие как каскадные, дегазифи-кационные или спрейерные системы. В процессе раскис­ления удаляются растворенные в воде углекислый газ, сероводород, метан и другие газы. Для этой цели можно использовать также химические методы, реагенты типа сода или едкий натр (NaOH), известковое молоко, мра­мор, доломит и другие натуральные или синтетические раскисляющие средства.

Удаление железа и марганца. Для удаления из воды железа и марганца используются как гравитационные, так и напорные фильтры с одним или несколькими фильтрую­щими слоями.

Умягчение. Высокая карбонатная жесткость контроли­руется осаждением с известковым молоком, реже ионным обменом.

Дезинфекция. Окончательная дезинфекция обработанной воды обычно осуществляется хлором или хлорсодержащими соединениями, такими как диоксид хлора. В последнее время для стерилизации воды получили распрост ранение ультрафиолетовое облучение и озонирование.

                Обработка загрязненной воды из подземных источников. Сейчас подземные источники, используемые для питьевой воды, содержат осадочные продукты сельскохозяйственных химикатов, пестицидов, поступающих вместе со стоками с полей, растворителей, хлорированных углево­дородов химической промышленности.

Так, Североураль­ский бассейн подземных вод, в состав которого входит Кальинское месторождение, содержит повышенные кон­центрации нитритов. Дополнительные методы обработки включают в себя десорбирование, добавку угольной пуд­ры и/или фильтрацию через слой активированного угля.

 

 

ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ГРУНТОВЫХ ВОД

                Грунтовые воды имеют важное значение для жизнедеятельности всех живых существ. Они питают подземные и поверхностные источни­ки, используются расте­ниями и другими орга­низмами. Загрязнение грунтовых вод может се­рьезно сказаться на ка­честве питьевой воды и на жизнедеятельности живых организмов.

По­этому в развитых стра­нах грунтовым водам придают очень большое значение и разрабаты­вают новые технологии их очистки.

Воздушная венти­ляция — один из самых распространенных способов восстановления грунтовых вод и их очистки. При воздушной вентиля­ции осуществляют инжекцию воздуха или кислорода в водоносный слой для отгонки или смыва летучих загряз­нений. При этом воздушные пузырьки проходят через грунтовые воды и захватываются системой паровой эк­стракции.

Вся система действует на участке как воздушный де-сорбер. Легкие фракции или летучие загрязнения обычно извлекаются через почву скважинами паровой экстракции и в дальнейшем обрабатываются.

Биологическая очистка на месте часто применяется в комбинации с воздушной вентиляцией. Питательные ве­щества или источник кислорода (например, воздух) зака­чиваются под давлением в водоносный слой для повыше­ния интенсивности биологического разложения загрязне­ний в грунтовых водах. Продукты разложения выкачива­ются применением воздушной вентиляции.

Обработка пассивными барьерами аналогична обработ­ке химическими барьерами из жидкой глины.

Загрязнен­ная грунтовая вода контактирует с барьером и начинает­ся химическая реакция. Один из типов обработочного ба­рьера — известковый барьер, который повышает рН. По­вышение рН эффективно задерживает растворенные металлы в насыщенной зоне. Другой тип пассивного барь­ера содержит железную начинку, которая дехлорирует хлорные соединения.

При окислении на участке используют соответствую­щие химические вещества, которые окисляют загрязне­ния, растворенные в грунтовых водах, превращая их в нерастворимые соединения, которые осаждаются. Приме­няется при известном составе загрязнений.

Смывание поверхностно-активными веществами (ПАВ) воздействует на жидкие загрязнения, не содержащие воду, повышает растворимость и подвижность загрязне­ния в воде. Таким образом, эти жидкие загрязнения более легко могут быть подвергнуты разложение в водоносном слое и восстановлены после откачки воды для обработки на поверхности.

    

ОБРАБОТКА ВОДЫ ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Так как ресурсы воды хорошего качества из подзем­ных источников ограничены, возникает необходимость при­влечения все большего количества воды из поверхност­ных источников: рек, озер и водохранилищ. Для обработки воды из поверхностных источников необходим значитель­но более широкий диапазон методов (см. рис. 62), так как они содержат другие многочисленные загрязняющие ве­щества, часть из которых просто нежелательна, в то вре­мя как другие опасны для здоровья. Этими загрязняющи­ми веществами могут быть: мусор, водоросли, планктон, органика, вещества, придающие воде неприятные вкус и запах, соединения тяжелых металлов, бактерии и другие патогенные микроорганизмы.

Мусор удаляется грубыми и тонкими решетками, перемещающимися ленточными решетками или вращающимися барабанными решетками. На этой стадии уда­ляются также присутствующие в сырой воде водоросли и планктон.

Удаление коллоидных, взвешенных и растворенных загрязняющих веществ осуществляется в несколько эта­пов. Процесс очистки воды в этих сооружениях обычновключает в себя:

химическую флоккуляцию с помощью первичных флоккулянтов (соединения железа или алюми­ния), отделение твердых взвешенных частиц, например воздушной флотацией, фильтрацию песком осадочных продуктов флоккуляции. Довольно часто проводятся пред­варительная и сопутствующая дезинфекции, а также до­полнительная фильтрация воды через активированный уголь с заключительной фильтрацией песком.

1 — Забор сырой воды.

2 — Камера химического перемешивания.

3 — Реакционная камера.

4 — Камера флоккуляции.

5 — Распределительная камера.

6 — Блок наклонных пластин.

7 — Зона уплотнения отстоя.

8 — Зона сепарации.

9 — Канал выпуска чистой воды.

10 — Насос обратной перекачки отстоя.

11 — Излишний осадок.

Флоккуляция. Взвешенные частицы могут быть уда­лены из воды путем агломерации в частицы с размера­ми, достаточными для осаждения под действием силы тяжести. После ввода коагуляторов отталкивающие электрокинетические заряды частиц нейтрали­зуются, они прилипают друг к другу, и формируется медленно оседающий флоккулированный осадок из не­больших по размеру частиц. Если жидкую массу теперь мягко перемешать, контакт между частицами усилит­ся, и они начнут расти в размерах. Этот эффект, назы­ваемый флоккуляцией (flocculation — образование хло­пьев), значительно ускоряется, если проводится при за­ранее сформированном флоккулированном осадке, так как сформировавшиеся новые частицы наращиваются на уже осажденные, тем самым рост происходит значитель­но быстрее.

Фильтрация. Заключительная фильтрация (см. рис. 64) в большинстве случаев выполняется с помощью песочных фильтров в бетонных сооружениях, но иногда использу­ются напорные фильтры, размещенные в стальных или бетонных резервуарах.

Предварительная и попутная дезинфекция с целью раз­рушения вредных организмов, регулирования вкуса и за­паха иногда выполняется совместно с озонированием. Очень часто для предотвращения повторного размножения орга­низмов в обработанной воде водопроводной системы ис­пользуется последующее хлорирование.

Фильтрация — это наиболее важный этап при очистке любой воды. Однако после некоторого времени работы каж­дый фильтр должен быть очищен от накопившихся в слое загрязняющих веществ. Это делается с помощью операции обратной промывки. Существенный фактор в успехе об­ратной промывки — это конструкция основания фильтра. Она должна обеспечивать равномерное распределение по всему поперечному сечению фильтрующего слоя продувоч­ного воздуха и воды, вводимой для обратной промывки.

АВТОНОМНАЯ ВОДОПОДГОТОВКА

Как бы хорошо мы не очистили воду на фильтроваль­ной станции, пройдя путь по системе водопровода до по­требителя, она неизбежно загрязнится вновь, особенно в водопроводных системах нашей области, а пожалуй, и всей России.

Вопрос о наилучшем способе обработки водопроводной воды широко дискутируется. Рынок бытовых устройств об­работки воды развивается в мире вот уже на протяжении более сорока лет. За последнее десятилетие в развитых стра­нах спрос и интерес потребителей к бытовым устройствам обработки воды с целью улучшения ее вкуса и увеличения полезных свойств, возрос. На сегодняшний день эта отрасль является одной из наиболее быстро развивающихся в Аме­рике, Европе и Японии.

В основе работы бытовых фильтров лежит несколько технологий. На сегодняшний день самым передовым в под­готовке питьевой воды является метод обратного осмоса. Именно этот метод используется на фабриках по произ­водству и розливу питьевой воды в бутылки.

Суть этого метода заключается в том, что вода под на­пором в водопроводной сети подается на специальную мем­брану, представляющую собой спираль. Мембрана пропус­кает сквозь свои микропоры только молекулы, по разме­рам сравнимые с молекулами воды. Молекулы примесей, которые, как правило, значительно крупнее молекул воды, смываются водяным потоком в дренаж. Итак, метод обрат­ного осмоса имеет следующие существенные отличия:

·     очистка на молекулярном уровне, позволяющая эф­фективно удалять все нежелательные примеси (до 97% удаления), в том числе растворенные соли тяжелых ме­таллов, чего невозможно добиться другими методами;

·     разделение очищаемой воды на два потока: «грязной» воды и подготовленной для питья;

·     несмотря на то, что эффективность очистки этим ме­тодом близка к дистилляции, очищенная вода остается, в отличие от дистиллированной, насыщенной кислородом, сохраняя свою свежесть.

  Помимо мембраны, любая бытовая система                     имеет еще как минимум две ступени очистки:

·     предварительный осадочный фильтр позволяет уда­лить все взвеси и механические примеси, придающие воде мутность;

·     окончательный угольный фильтр представляет собой гранулированный активированный уголь (в последнее вре­мя в развитых странах для его получения применяют жженую скорлупу кокосового ореха, такой уголь по срав­нению с березовым, применяемым в отечественных филь­трах, имеет в 3—4 раза выше способность удалять неже­лательные примеси, в том числе радионуклиды).

В основе работы некоторых отечественных фильтров лежит технология подачи воды через трековую мембрану (лавсановая пленка толщиной 10 или 20 микрон с диамет­ром пор 0,2 или 0,4 микрона с плотностью пор до 3000 миллионов отверстий на 1 см2). Для обеспечения работоспо­собности фильтра требуется только две емкости: одна для очищаемой воды, вторая — для получения чистой.

В силу того, что питьевая вода в нашем регионе имеет очень низкое качество, необходимы многоуровневые сис­темы, включающие в себя: грубую очистку от железа, марганца, хлора, неприятного запаха и мутности с помо­щью картриджной Системы; тонкую очистку от всех при­месей системами обратного осмоса и бактериологическую очистку ультрафиолетовыми стерилизаторами.

Конструктивное исполнение бытовых фильтров может быть самое различное: от портативных вариантов испол­нения, легко умещающихся в дамскую сумочку или кейс, до стационарных систем, требующих специальной уста­новки на кухонную мойку и имеющих свой отдельный кран. Производительность таких «мини-фабрик от 5 до 90 литров в сутки для бытовых и от 0,76 до 27 м .для полупромышленных систем доочистки питьевой воды.

В некоторых системах используется 3—4-х ступенча­тые процессы фильтрации (см. рис. 66), объединенные в один узел, производящий качественную питьевую воду. При этом используется различные среды, позволяющие доста­точно эффективно удалять различные загрязнения: со­единения хлора, свинца, органику и т.д.

 

Часть II. Практикум

Говоря об экологических проблемах, мне бы хотелось показать нерациональное использование природных ресурсов на  примере такой задачи:

Предположим, что в городе 1 млн. квартир и из-за неисправности водопроводных кранов за 20 секунд вытекает в среднем 10 капель горячей (60 0С) воды. Рассчитайте, какой объём метана (25 0С, 1 атм.) напрасно сжигается на городских тепловых станциях за год. Условия расчета:

·     объём капли 0,2 мл

·     воду нагревают от 10 до 60 0С

·     теплота сгорания метана 880 Дж/моль

·     на нагрев воды идет 86% выделившегося тепла

·     удельная теплоемкость воды 4,2 Дж/г * 0С

 

Решение:

1.   Рассчитаем объемную скорость воды, вытекающей из одного крана V/t=2мл:20с=0,1 мл/с;

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9