Загрязнение природных вод

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Пермская государственная сельскохозяйственная

академия имени академика Д.Н. Прянишникова»

 

Кафедра «экология»

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине «Экология »

Загрязнение природных вод

 

 

 

Выполнил:  Студент 2  курса, очной  формы обучения факультета почвоведения, агрохимии, экологии и товароведения

Коновалов Андрей Сергеевич группы ЭПБ-21

Проверил: Доцент Кандидат биологических наук

Демидов Владимир Вадимович

 

 

 

 

 

 

                                        Пермь 2014

 

 

ВВЕДЕНИЕ                                            2   

1 Классификация по химическому  составу       4

2 Ионный состав природных вод.                                                                14

2 Общая характеристика  загрязнение природных вод                                16

3 Химическое загрязнение природных вод                   30

4 Виды загрязнения природных вод, источники                                     34

5 Биологическое загрязнение воды                                                               50

ЗАКЛЮЧЕНИЕ                    55

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ     58

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ 

Загрязнение поверхностных вод началось в центральной России еще в XVI в., когда начали удобрять поля навозом. С тех пор в центральных районах страны основным загрязнителем вод было сельское хозяйство. В более северных районах большую роль играл сплав леса, особенно молевой, при котором бревна тонули и гнили в воде. С развитием промышленности и ростом городов стала расти роль коммунальных и промышленных загрязнений.

Резкое усиление загрязнений произошло в ХХ в. Особая опасность связана с совпадением периода роста сбросов загрязненных сточных вод и многовековой тенденции нарастания сухости климата, снижения водности водоемов. В этих условиях растут концентрации поллютантов в растворах и, следовательно, степень их вредного воздействия на природные системы и здоровье человека.

К началу 90-х гг. в России создалась довольно сложная ситуация. Качество вод большинства поверхностных водоемов страны не отвечало установленным нормативам. Главными загрязняющими поверхностные воды веществами являются нефтепродукты, фенолы, легкоокисляемые органические вещества, соединения меди и цинка, аммонийный и нитратный азот.

Цель работы заключается в рассмотрении естественных и искусственных источников загрязнения природных вод. Особое внимание планируется уделить изучению воздействия промышленности и сельского хозяйства на процесс загрязнения природных вод.

Работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка использованных источников.

 

 

 

 

1. Классификация  по химическому составу.

       

В подавляющем большинстве случаев солевой состав природных вод определяется катионами Са2+, Мg2+, Nа+, К+ и анионами НСO3-, Сl- , SO42.

Эти ионы называются главными  ионами воды или макрокомпонентами; они определяют химический тип воды. Остальные ионы присутствуют в значительно меньших количествах и называются микрокомпонентами.

Классификация природных вод по химическому составу, предложенная О. А. Алекиным (рис. 1.), считается наиболее приемлемой для вод, используемых в питьевых и хозяйственно-бытовых целях. В ее основу положены принцип преобладающих ионов и соотношений между ними.

Рис. 1. Классификация природных вод по химическому составу

 

По преобладающему аниону воды делятся на три класса: гидрокарбонатные, сульфатные и хлоридные. Воды каждого класса делятся, в свою очередь, по преобладающему катиону на три группы: кальциевую, магниевую и натриевую. Каждая группа подразделяется на 4 типа по соотношению содержащихся в воде ионов (в эквивалентах). При этом класс природных вод обозначается символом соответствующего аниона: С — НСО3-, S — SO42-, Сl — Сl-; группа: символом катиона: К+, Na+, Са2+, Мg2+; тип - римской цифрой.

Формула воды записывается следующим образом. К символу класса добавляется нижний индекс - значение минерализации (с точностью до 0,1 г/л ), к символу группы - верхний индекс - значение общего катионного состава (с точностью до целых единиц вещества в ммоль/л), например: С1,2 Nа0,5 - гидрокарбонатно-натриевая вода с общей минерализацией 1,2 г/л.

В природных водах присутствуют также растворенные газы. В основном это кислород, углекислый газ, азот. Но в то же время в подземных водах или водах нецентрализованных источников водоснабжения, в минеральных и термальных водах могут присутствовать сер водород, радиоактивный газ радон, а также инертные и другие газы.

В табл. 2. представлены ионы, наиболее часто встречающиеся в природных водах.

Таблица 2. Ионы, наиболее часто встречающиеся в природных водах

Катион		Анион
Наименование	Обозначение	Наименование	Обозначение
Водород	H+	Гидроксильный	OH-
Натрий	Na+	Бикарбонатный	HCO3-
Аммоний	NH4+	Хлоридный	Cl-
Кальций	Ca2+	Сульфатный	SO42-
Магний	Mg2+	Нитритный	NO2-
Железо (двух- и трехвалентное)	Fe2+, Fe3+	Нитратный	NO3-
Барий	Ba2+	Силикатный	SiO32-
Алюминий	Al3+	Ортофосфорный	PO43-
Калий	K+	Фторидный	F-

Растворимые и слаборастворимые соли в природных водах

Возвращаясь к главным ионам пресных вод, необходимо отметить, что их катионный и анионный состав определяется наличием в осадочных породах хорошо растворимых минералов. Поэтому в воде присутствуют катионы К+ и Nа+ и анионы Сl-; и SO42-. Ионы кальция и магния с карбонатным ионом CO32- (продукт второй ступени диссоциации угольной кислоты) образуют малорастворимые соединения - так называемые соли жесткости. Эти соединения представлены в природе в виде известняков, мелов, мраморов, кальцитов, доломитов и других минералов, содержащих карбонаты кальция и магния. В то же время бикарбонатные ионы HCO3-(продукт первой ступени диссоциации угольной кислоты) образуют хорошо растворимые соединения с ионами кальция и магния. Карбонатные ионы присоединяют ион водорода и превращаются в бикарбонатный ион:

СО32- + Н+ —› НСО3-.

При высоких концентрациях водородных ионов (высокой кислотности соответствует низкое значение рН - меньше 6) происходит растворение карбонатов, поэтому в природных водах могут присутствовать бикарбонатные ионы , карбонатные ионы , а также катионы жесткости Са2+ и Мg2+ .

Между этими составляющими существует строгое равновесие, которое связано с содержанием в воде углекислого газа, катионов жесткости и бикарбонатных ионов.

Угольная кислота имеет две ступени диссоциации:

 

Н2СО3 —› Н+ + НСО3-;

НСО —› Н+ + СО32-. 

и существует, в основном, в виде углекислого газа, концентрация которого определяется парциальным давлением СО2 в атмосфере и его растворимостью в соответствии с таблицей растворимости газов.

В зависимости от содержания в природной воде различных форм угольной кислоты природная вода имеет различное значение водородного показателя (рис. 2.).

Концентрация водородных ионов определяет соотношение между бикарбонатными HCO32- и карбонатными CO32- ионами.

Динамическое равновесие между углекислым газом, анионами угольной кислоты, ионами кальция и нерастворимым карбонат кальция в какой-то степени пояснено на рис. 3.

 

Рис. 2. Соотношение форм угольной кислоты в воде при различных значениях рН

 

Рис. 3. Образование карбоната кальция

Из рисунка видно, что при снижении кислотности раствора концентрация водородных ионов снижается, рН раствора повышается и ( приобретает щелочную реакцию, бикарбонаты переходят в карбонаты, которые после взаимодействия с ионами кальция образуют растворимый карбонат кальция. Происходит осаждение кристаллической фазы карбоната кальция. И, наоборот, при повышенной кислотности воды карбонатные ионы переходят в бикарбонатные, что приводит к растворению карбоната кальция СаСО3. Примеси, встречающиеся в воде

В воде могут присутствовать вещества во взвешенном состоянии: частицы песка и глины, коллоидные и механические примеси и живые существа различных форм и размеров. Исходная, чистая вода, попадающая на землю в виде дождя, снега, града, росы, изморози и тумана, насыщаясь различными веществами и организмами, загрязняется и, как правило, становится непригодной для питья или использования в быту без предварительной очистки.

Источниками загрязнения природных вод могут быть как природные объекты, так и объекты, созданные руками человека. 

К числу природных источников канцерогенных веществ необходимо отнести залежи горючих ископаемых (сланцы, полиметаллические, асбестосодержашие, селитровые и мышьяковистые руды), геотермальные и минеральные воды.

Вещества, поступающие в водные объекты, насчитывают десятки и сотни тысяч наименований. Для того чтобы признать эти загрязнения или вещества, в которые они могут трансформироваться, потенциально опасными для здоровья человека, необходимо проведение специальных исследований. Для всего спектра загрязнений такие исследования провести невозможно.

На территории РФ действует утвержденный Минздравом СССР «Перечень веществ, продуктов, производственных процессов и бытовых факторов, канцерогенных для человека». К их числу отнесены асбесты, бенз(а)пирен(1,2,3), винилхлорид(1,2), неочищенные минеральные масла, мышьяк и его соединения и многие другие вещества.

Антропогенные источники загрязнения представлены ниже.

Микроорганизмы и паразиты, присутствующие в воде

В природных водах присутствуют и размножаются микроорганизмы, водоросли, ракообразные, рыбы, земноводные, в толще воды развиваются личинки комара, на поверхности воды живут водомерки. Многие из этих организмов, называемых гидробионтами, являются опасными для здоровья и жизни человека, например, огромные морские хищники - акулы - или небольшие хищные рыбы пираньи. Но и небольшие микроорганизмы - микробы - могут нанести непоправимый вред здоровью человека.

В воде могут присутствовать также микроскопические личинки паразитов, амебные цисты, бактерии в споровой форме и другие патогенные формы. Основным источником патогенных организмов, распространяемых водой, являются фекалии человека и теплокровных животных, а также фекально-бытовые сточные воды. Фекальные загрязнения воды ухудшают ее качество, а патогенные микроорганизмы, попадающие в воду с выделениями теплокровных животных и человека, могут явиться причиной заболеваемости кишечными инфекциями. Среди патогенных микроорганизмов чаще других обнаруживаются в загрязненных водах сальмонеллы, шигеллы, пастереллы, вибрионы, микобактерии, энтеровирусы человека, амебные цисты, личинки нематод, энтеропатогенныеЕ.Соli и др.

Сальмонеллы (Salmonellа) - это представители рода сальмонелл, в который входит около 2000 различных грамм-отрицательных микроорганизмов, похожих друг на друга по внешнему строению и воздействию на человека. Эти микробы вызывают заболевание желудочно-кишечного тракта, называемое сальмонеллезом. В воде сальмонеллы сохраняются до 120 дней; эффективно дезинфицируются раствором хлорной извести.

Шигеллы (Shigеllа) - это дизентерийные микробы, поражающие отдел толстой кишки человека; вызывают дизентерию (шигеллез) с признаками интоксикации. Они хорошо сохраняются в воде и даже могут размножаться. На них губительно действуют высокая температура и дезинфицирующие средства.

Амебные цисты, попадающие в организм человека с загрязненной водой, вызывают амебиаз - болезнь кишечника, иногда осложняющаяся абсцессами печени, головного мозга, поражением Легких и дргих органов. Возбудитель относится к классу простейших (Епtamoebahistolitiса), размер ее может достигать 20-30 мкм.

Некоторые вирусы человека могут передаваться через воду при ее загрязнении фекалиями. К ним относятся возбудители инфекционного гепатита, полиомиелита, энтеровирусных инфекций, вызывающих поражение центральной нервной системы, мышц, миокарда и кожных покровов.

Независимо от происхождения присутствующие в природных водах примеси можно объединить в группы по размеру и физико-химическому состоянию. В соответствии с классификацией, разработанной Л. А. Кульским, примеси (загрязнения) природного и антропогенного происхождения подразделяются на 4 группы. Первые две группы относятся к гетерогенным (неоднородным), другие две - к гомогенным (однородным). В зависимости от принадлежности примеси к определенной группе и производится выбор способа очистки природных вод.

К первой группе примесей относятся кинетически неустойчивые взвеси. Это водоросли, бактерии, суспензоиды, эмульсоиды и др., снижающие прозрачность воды (увеличивающие ее мутность). Более крупные примеси удаляются фильтрованием, микропроцеживанием или центрифугированием, остальные удаляются механическим путем, коагулированием, флотацией, адгезией на высокодисперсных и зернистых материалах, агрегированием при помощи флокулянтов, электрофильтрацией. Воздействие на бактерии тяжелых металлов (серебра и др.), окислителей, ультразвука и ультрафиолета способствует подавлению их жизнедеятельности. Ко второй группе относятся агрегативноустойчивые примеси - вещества, находящиеся в коллоидной форме. Эти примеси могут быть удалены ультрафильтрацией, окислением, адсорбцией, коагулированием.

 

К третьей группе относятся молекулярно-растворенные примеси, такие как газы и органические вещества биологического происхождения. Для удаления этих примесей используют аэрацию, нагревание, окисление, экстракцию, адсорбцию на активированном угле и биохимический распад.