Предмет экологии

    Часть промышленных загрязнений накапливается  в почвах, смывается поверхностными стоками в водоемы или попадает в горизонты подземных вод.

    Большая часть техногенных загрязнений  либо аккумулируется в донных осадках  рек и пресных водоемов, либо попадает в океаны и моря. В первую очередь  загрязненными оказываются прибрежные зоны, эстуарии и дельты рек. Загрязнение и засорение вод не только нарушает привычную жизнь в океанах, но и делает невозможным использование океанических и морских пляжей для отдыха людей.

    Главный источник загрязнения Мирового океана — это нефть. Она попадает туда в основном с терпящих аварии танкеров, с балластными водами, залитыми в танкеры после слива нефти, а также с морских нефтепромыслов.

    Во  второй половине XX веке над Мировым океаном нависла угроза отравления радиоактивными веществами и ядовитыми газами, захороняемыми в контейнерах в океанических глубинах. Заражение радиоактивными веществами и происходило ранее при воздушных и подводных испытаниях атомных бомб, а сейчас может произойти — при авариях атомных подводных лодок.

    Усиливается загрязнение природной среды твердыми промышленно-бытовыми отходами. Это вышедшие из употребления упаковочные материалы, бытовые и промышленные приборы, машины, бумага, консервные банки и, бутылки, остатки пищи, строительный мусор и т. д. По данным ООН, в городах такие отходы составляют ежегодно 500—600 кг на душу населения. Несанкционированные свалки вокруг заводов отнимают земли, портят ландшафты, содержат токсичные вещества и патогенную микрофлору.

    Также научно-техническая революция ознаменовалась усилением эффективности использования по существу предприятий, переработкой дополнительного количества сырья и выпуском значительно большего числа и ассортимента продукции. Но имевшиеся на Предприятиях сооружения и механизмы для очистки отходов оказались неспособными справиться с резко возросшими нагрузками. Даже при наличии современных или модернизированных очистных сооружений очистная аппаратура позволяет улавливать экологически вредные вещества, как правило, лишь до 98%. Остальное проходят все преграды и оказываются «на свободе». 

    § 3. Химическое загрязнение атмосферы 

    Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии  в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей  в ряде случаев особенно опасны для  организмов, а у людей вызывают специфические  заболевания.  В  атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Значительная  часть  аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с  водяным паром.

    В атмосферу Земли ежегодно поступает  около 1 куб. км  пылевидных частиц искусственного происхождения. Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе производственной деятельности людей. Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики,  металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода,  реже - оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена,  мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена. а также асбест. Еще большее разнообразие свойственно органической пыли,  включающей алифатические и ароматические углеводороды, соли кислот.  Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих.

    Постоянными источниками аэрозольного загрязнения  являются промышленные отвалы  - искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород, образуемых при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности, ТЭС. Источником пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы. 

    Производство  цемента  и других строительных материалов также является источником загрязнения  атмосферы пылью. К атмосферным  загрязнителям  относятся  углеводороды  -  насыщенные  и ненасыщенные, включающие от 1 до 3 атомов углерода. Они  подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной  радиацией.  В результате этих реакций образуются  перекисные  соединения,  свободные радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы часто в виде аэрозольных частиц.   При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха. Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно над  источниками газопылевой эмиссии существует инверсия - расположения слоя более холодного воздуха под теплым. Что препятствует воздушных  масс и задерживает перенос примесей вверх. В результате  вредные  выбросы  сосредотачиваются  пол слоем инверсии, содержание их у земли резко возрастает, что становится одной из причин образования ранее неизвестного в природе фотохимического тумане.

    Фотохимический  туман представляет собой многокомпонентную  смесь газов и аэрозольных  частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога  входят  озон,  оксиды  азота  и  серы, многочисленные органические соединения перекисной природы,  называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях:  наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей. Интенсивной солнечной радиации и  безветрие  или очень слабого  обмена воздуха в приземной слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии.  Устойчивая  безветренная  погода,  обычно  сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации  реагирующих веществ. Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация  вызывает  расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода.

    Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон.  Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова  превращаться в  молекулярный кислород, а оксид азота - в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами  выхлопных газов,  которые  при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся  диссоциации  новые  массы  диоксида  азота расщепляются и дают дополнительные количестве озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для  фотохимического тумана  оксиданты. Последние являются  источником,  так  называемых  свободных  радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной  преждевременной  смерти  городских  жителей  с ослабленным здоровьем.

Глава 3. Механические способы очистки воды 

    §1. Методы очистки воды 

    В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно- бытовые сбросы были невелики, реки сами справлялись с  ними. В наш индустриальный век в связи с резким увеличением отходов водоемы уже не справляются со столь значительным загрязнением. Возникла необходимость обезвреживать, очищать сточные воды и утилизировать их.

    Очистка сточных вод - обработка сточных  вод с целью разрушения или  удаления из них вредных веществ. Освобождение сточных вод от загрязнения - сложное производство. В нем, как и в любом другом производстве имеется сырье (сточные воды) и готовая продукция (очищенная вода).

    Методы  очистки сточных вод можно  разделить на механические, химические, физико-химические и биологические, когда же они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.

    Сущность  механического метода состоит в  том, что из сточных вод путем  отстаивания и фильтрации удаляются  механические примеси. Грубодисперсные  частицы в зависимости от размеров улавливаются решетками, ситами, песколовками, септиками, навозоуловителями различных

конструкций, а поверхностные загрязнения - нефтеловушками, бензомаслоуловителями, отстойниками и др. Механическая очистка позволяет  выделять из бытовых сточных вод  до 60-75% нерастворимых примесей, а  из промышленных до 95%, многие из которых как ценные примеси, используются в производстве.

    Химический  метод заключается в том, что  в сточные воды добавляют различные  химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и  осаждают их в виде нерастворимых  осадков. Химической очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95% и растворимых до 25%.

    При физико-химическом методе обработки  из сточных вод удаляются тонко  дисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества, чаще всего из физико-химических методов применяется коагуляция, окисление, сорбция, экстракция и т.д.

    Широкое применение находит также электролиз. Он заключается в разрушении органических веществ в сточных водах и  извлечении металлов, кислот и других неорганических веществ. Электролитическая очистка осуществляется в особых сооружениях - электролизерах. Очистка сточных вод с помощью электролиза эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной и некоторых других областях промышленности.

    Загрязненные  сточные воды очищают также с  помощью ультразвука, озона, ионообменных смол и высокого давления, хорошо зарекомендовала  себя очистка путем хлорирования.

    Среди методов очистки сточных вод  большую роль должен сыграть биологический  метод, основанный на использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищения рек и других водоемов. Есть несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод: биофильтры, биологические пруды и аэротеноки.

    В биофильтрах сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке интенсивно протекают процессы биологического окисления. Именно она служит действующим началом в биофильтрах.

    В биологических прудах в очистке  сточных вод принимают участие  все организмы, населяющие водоем. Аэротеноки - огромные резервуары из железобетона. Здесь очищающее начало - активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все эти живые существа бурно развиваются в аэротенках, чему способствуют органические вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая бактерии, неслипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу ила.

    Сточные воды перед биологической очисткой подвергают механической, а после нее для удаления болезнетворных бактерий и химической очистке, хлорированию жидким хлором или хлорной известью. Для дезинфекции используют также другие физико-химические приемы (ультразвук, электролиз, озонирование и др.)

    Биологический метод дает большие результаты при очистке коммунально-бытовых стоков. Он применяется также и при очистке отходов предприятий нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, производстве искусственного волокна.

    Для обеспечения высокой степени  очистки сточных вод в ряде случаев одной биохимической очистки производственных сточных вод недостаточно, поэтому в последние годы отмечено возрастающее применение физико-химических методов. Широкое распространение получили коагуляция и флотация. Реагентный способ очистки достаточно эффективен и прост. Этот способ можно применять практически при неограниченных объемах сточных вод.

    Совместное  использование коагулянтов и  флокулянтов позволит еще более  расширить использование этих реагентов  для очистки сточных вод. Большие резервы интенсификации метода коагуляции и флокуляции связаны как с более глубоким исследованием механизмов явлений, сопровождающих эти процессы, так и с более эффективным использованием различных физических воздействий.

    Данные  зарубежных исследований показывают, что значительного повышения эффективности реагентного способа можно добиться оптимизацией технологии очистки, предусматривающей смешение реагентов с водой, а также подбором используемых коагулянтов и флокулянтов. Эффективность реагентного способа очистки воды, в частности с использованием коагулянтов, можно повысить, установив долее строгий контроль за расходом реагентов в зависимости от количества загрязнений, присутствующих в сточных водах, и физико-химических характеристик этих загрязнений, в первую очередь от их заряда. Внедрение автоматизированного контроля за расходом реагентов позволит повысить не только степень очистки воды, но и снизить расход реагентов. Эффективность реагентного способа можно также повысить, применяя физические воздействия на обрабатываемую воду и водные системы (например, электрические и магнитные поля, ультразвук, радиацию и другие способы). Однако внедрение этих методов интенсификации коагуляции и флокуляции тормозится недостаточной изученностью процессов, протекающих на молекулярном и ионном уровне.

    Эффективность очистки сточных вод с использованием коагулянтов и флокулянтов в  значительной мере зависит от точности поддержания основных параметров, основными  параметрами регулирования являются рH обработанных сточных вод, электропроводность, мутность, окислительно-восстановительный потенциал.