Процеси, допринасящи за самопречистването на водните обекти. Модели на самопречистване на водата във водните обекти

Замърсяването, навлизащо във водоема, причинява нарушаване на естествения баланс в него. Способността на резервоара да устои на това смущение, да се отърве от въведеното замърсяване, е същността на процеса на самопречистване.

Самопречистването на водните системи се дължи на много природни, а понякога и създадени от човека фактори. Тези фактори включват различни хидрологични, хидрохимични и хидробиологични процеси. Условно могат да се разграничат три вида самопречистване: физическо, химическо, биологично.

Сред физическите процеси разреждането (смесването) е от първостепенно значение. Доброто смесване и намаляването на концентрацията на суспендирани частици се осигурява от интензивния поток на реките. Допринася за самопречистването на водните тела чрез утаяване на замърсени води и утаяване на дъното на неразтворими утайки, сорбция на замърсители от суспендирани частици и дънни утайки. За летливите вещества изпаряването е важен процес.

Сред химичните фактори за самопречистване на водните тела основна роля играе окисляването на органични и неорганични вещества. Окислението протича във водата с участието на разтворения в нея кислород, следователно, колкото по-високо е съдържанието му, толкова по-бързо и по-добре протича процесът на минерализация на органичните остатъци и самопречистване на резервоара. При силно замърсяване на резервоара запасите от разтворен кислород бързо се изразходват, а натрупването му поради физическите процеси на газообмен с атмосферата протича бавно, което забавя самопречистването. Самопречистването на водата може да възникне и в резултат на някои други реакции, при които се образуват трудно разтворими, летливи или нетоксични вещества, например хидролиза на пестициди, реакции на неутрализация и др. Калциеви и магнезиеви карбонати и бикарбонати, съдържащи се в естествените водата неутрализира киселините, а въглеродната киселина, разтворена във вода, неутрализира алкалите.

Под въздействието на ултравиолетовото лъчение на слънцето в повърхностните слоеве на резервоара настъпва фоторазлагане на някои химикали, като ДДТ, и дезинфекция на водата - смъртта на патогенни бактерии. Бактерицидното действие на ултравиолетовите лъчи се обяснява с тяхното влияние върху протоплазмата и ензимите на микробните клетки, което причинява тяхната смърт. Ултравиолетовите лъчи имат пагубен ефект върху вегетативните форми на бактерии, гъбични спори, протозойни кисти и вируси.

Всяко водно тяло е сложна жива система, обитавана от бактерии, водорасли, висши водни растения и различни безгръбначни. Процесите на метаболизъм, биоконцентрация, биоразграждане водят до промяна в концентрацията на замърсителите. Водораслите, плесените и дрождевите гъби също принадлежат към биологичните фактори за самопречистване на резервоара, но в някои случаи масовото развитие на синьо-зелени водорасли в изкуствени резервоари може да се разглежда като процес на самозамърсяване. Представители на животинския свят също могат да допринесат за самопречистването на водните тела от бактерии и вируси. И така, стридите и някои амеби адсорбират чревни и други вируси. Всеки мекотел филтрира повече от 30 литра вода на ден. Обикновената тръстика, теснолистният рогоз, езерният тръст и други макрофити са в състояние да абсорбират от водата не само относително инертни съединения, но и физиологично активни вещества като феноли, отровни соли на тежки метали.

Процесът на биологично пречистване на водата е свързан със съдържанието на кислород в нея. При достатъчно количество кислород се проявява активността на аеробните микроорганизми, които се хранят с органични вещества. При разграждането на органичната материя се образуват въглероден диоксид и вода, както и нитрати, сулфати и фосфати. Биологичното самопречистване е основното звено в процеса и се разглежда като едно от проявите на биотичния цикъл във водоема.

Приносът на отделните процеси за способността на естествената водна среда да се самопречиства зависи от естеството на замърсителя. За така наречените консервативни вещества, които не се разлагат или се разлагат много бавно (метални йони, минерални соли, устойчиви органохлорни пестициди, радионуклиди и др.), самопречистването има привиден характер, тъй като само преразпределението и разпръскването на замърсителя в околната среда възниква, замърсяване на съседни обекти до тях. Намаляването на концентрацията им във водата се дължи на разреждане, отстраняване, сорбция, биоакумулация. По отношение на биогенните вещества най-важни са биохимичните процеси. За водоразтворимите вещества, които не участват в биологичния цикъл, са важни реакциите на тяхната химична и микробиологична трансформация.

За повечето органични съединения и някои неорганични вещества микробиологичната трансформация се счита за един от основните начини за самопречистване на естествената водна среда. Микробиологичните биохимични процеси включват реакции от няколко вида. Това са реакции, включващи редокс и хидролитични ензими (оксидази, оксигенази, дехидрогенази, хидролази и др.). Биохимичното самопречистване на водните тела зависи от много фактори, сред които най-важни са температурата, активната реакция на околната среда (рН) и съдържанието на азот и фосфор. Оптималната температура за процеси на биоразграждане е 25-30ºС. От голямо значение за жизнената дейност на микроорганизмите е реакцията на околната среда, която влияе върху протичането на ензимните процеси в клетката, както и промените в степента на проникване на хранителните вещества в клетката. За повечето бактерии неутралната или леко алкална реакция на средата е благоприятна. При pH<6 развитие и жизнедеятельность микробов чаще всего снижается, при рН <4 в некоторых случаях их жизнедеятельность прекращается. То же самое наблюдается при повышении щелочности среды до рН>9,5.

Отрицателните природни фактори включват наличието на стръмни склонове и наводнени територии, които са неустойчиви на допълнително техногенно натоварване. Като отрицателни техногенни фактори трябва да се счита високата замърсяване на територията в някои райони, въздействието на замърсени и недостатъчно пречистени отпадни води от жилищни райони, индустриални зони и предприятия, които влияят върху качеството на водните обекти. Следователно състоянието на водните обекти не отговаря на изискванията за културни и обществени съоръжения. Освен това прекомерното замърсяване на атмосферния въздух по магистралите е характерно за почти цялата територия.

II. Водните обекти, като естествени и природно-техногенни елементи на ландшафтно-геохимичните системи, в повечето случаи са крайното звено в натрупването на оттока на повечето от подвижните техногенни вещества. В ландшафтно-геохимичните системи веществата се транспортират от по-високи нива до по-ниски хипсометрични нива с повърхностен и подземен отток и обратно (от по-ниски към по-високи нива) - чрез атмосферни потоци и само в някои случаи чрез потоци от жива материя (например по време на масово напускане от резервоари на насекоми след завършване на ларвния стадий на развитие, преминаване във водата и др.).

Елементите на ландшафта, представляващи първоначалните, най-високо разположени връзки (заемащи например местни водосборни повърхности), са геохимично автономни и навлизането на замърсители в тях е ограничено, с изключение на навлизането им от атмосферата. Ландшафтните елементи, които образуват долните етапи на геохимичната система (разположени по склонове и впадини на релефа) са геохимично подчинени или хетерономни елементи, които заедно с притока на замърсители от атмосферата приемат част от замърсителите, които идват с повърхността и подземни води от по-високо разположени ландшафтни връзки -геохимична каскада. В тази връзка замърсителите, образувани във водосборния басейн поради миграция в естествената среда, рано или късно навлизат във водни обекти предимно с повърхностен и подпочвен отток, като постепенно се натрупват в тях.

5 Основни процеси на самопречистване на водата във воден обект

Самопречистването на водата във водоемите е съвкупност от взаимосвързани хидродинамични, физикохимични, микробиологични и хидробиологични процеси, водещи до възстановяване на първоначалното състояние на водния обект.

Сред физическите фактори, разреждането, разтварянето и смесването на входящите замърсители е от първостепенно значение. Доброто смесване и намаляване на концентрациите на суспендирани твърди вещества се осигурява от бързия поток на реките. Той допринася за самопречистването на водните тела чрез утаяване на неразтворими утайки на дъното, както и за утаяване на замърсени води. В райони с умерен климат реката се пречиства след 200-300 км от мястото на замърсяване, а в Далечния север - след 2 хиляди км.

Дезинфекцията на водата се извършва под въздействието на ултравиолетово лъчение от слънцето. Ефектът на дезинфекция се постига чрез директния разрушителен ефект на ултравиолетовите лъчи върху протеинови колоиди и ензими на протоплазмата на микробните клетки, както и на спорови организми и вируси.

От химичните фактори за самопречистване на водните тела трябва да се отбележи окисляването на органични и неорганични вещества. Самопречистването на водно тяло често се оценява по отношение на лесно окисляваща се органична материя или по отношение на общото съдържание на органични вещества.

Санитарният режим на резервоара се характеризира преди всичко с количеството кислород, разтворен в него. Тя трябва да бие най-малко 4 mg на 1 литър вода по всяко време на годината за резервоари за резервоари от първи и втори тип. Първият тип включва водни обекти, използвани за снабдяване с питейна вода на предприятия, вторият - използвани за плуване, спортни събития, както и тези, разположени в границите на населените места.

Биологичните фактори за самопречистване на резервоара включват водорасли, плесени и дрожди. Фитопланктонът обаче не винаги има положителен ефект върху процесите на самопречистване: в някои случаи масовото развитие на синьо-зелени водорасли в изкуствени резервоари може да се разглежда като процес на самозамърсяване.

Представители на животинския свят също могат да допринесат за самопречистването на водните тела от бактерии и вируси. Така стридата и някои други амеби адсорбират чревни и други вируси. Всеки мекотел филтрира повече от 30 литра вода на ден.

Чистотата на водоемите е немислима без опазването на тяхната растителност. Само въз основа на задълбочено познаване на екологията на всеки водоем, ефективен контрол върху развитието на различни живи организми, обитаващи го, могат да се постигнат положителни резултати, да се осигури прозрачност и висока биологична продуктивност на реките, езерата и водоемите.

Други фактори също влияят неблагоприятно върху процесите на самопречистване на водните тела. Химическото замърсяване на водните обекти с промишлени отпадъчни води, биогенни елементи (азот, фосфор и др.) инхибира естествените окислителни процеси и убива микроорганизмите. Същото се отнася и за заустването на термични отпадъчни води от ТЕЦ.

Многоетапен процес, понякога разтягащ се за дълго време - самопочистване от масло. При естествени условия комплексът от физически процеси на самопречистване на водата от масло се състои от редица компоненти: изпаряване; утаяване на бучки, особено претоварени с утайки и прах; адхезия на бучки, суспендирани във водния стълб; плаващи бучки, образуващи филм с включвания на вода и въздух; намаляване на концентрацията на суспендирано и разтворено масло поради утаяване, плаване и смесване с чиста вода. Интензивността на тези процеси зависи от свойствата на определен вид масло (плътност, вискозитет, коефициент на топлинно разширение), наличието на колоиди във водата, суспендирани и увлечени частици планктон и др., температурата на въздуха и слънчевата светлина.

6 Мерки за интензифициране на процесите на самопречистване на воден обект

Самопречистването на водата е незаменима брънка в кръговрата на водата в природата. Замърсяването от всякакъв вид по време на самопречистване на водните обекти в крайна сметка се оказва концентрирано под формата на отпадъчни продукти и мъртви тела на микроорганизми, растения и животни, които се хранят с тях, които се натрупват в тинята на дъното. Водните обекти, в които природната среда вече не може да се справя с постъпващите замърсители, се разграждат и това се дължи основно на промени в състава на биотата и нарушения в хранителните вериги, преди всичко на микробната популация на водоема. Процесите на самопречистване в такива водни обекти са минимални или напълно спират.

Такива промени могат да бъдат спрени само чрез целенасочено въздействие върху факторите, които допринасят за намаляване на образуването на обеми отпадъци и намаляване на емисиите на замърсяване.

Поставената задача може да бъде решена само чрез прилагане на система от организационни мерки и инженерно-рекултивационни работи, насочени към възстановяване на естествената среда на водните обекти.

При възстановяване на водните обекти е препоръчително да се започне прилагането на система от организационни мерки и инженерни и рекултивационни работи с подреждането на водосбора и след това да се извърши почистване на водното тяло, последвано от подреждане на крайбрежни и заливни територии. .

Основната цел на текущите мерки за опазване на околната среда и инженерно-рекултивационните работи във водосборната зона е да се намали образуването на отпадъци и да се предотврати неразрешено изхвърляне на замърсители в релефа на водосборния басейн, за което се извършват следните мерки: въвеждане на система за нормиране на генерирането на отпадъци; организиране на екологичен контрол в системата за управление на отпадъците от производство и потребление; извършване на инвентаризация на съоръженията и местата за отпадъци от производство и потребление; рекултивация на нарушени земи и тяхното устройство; затягане на таксите за неразрешено изхвърляне на замърсители върху терена; въвеждане на нискоотпадни и безотпадни технологии и системи за рециклиране на вода.

Мерките за опазване на околната среда и работите, извършвани в крайбрежни и заливни зони, включват работи по изравняване на повърхността, изравняване или терасиране на склонове; изграждане на хидротехнически и рекреационни съоръжения, укрепване на бреговете и възстановяване на стабилна тревна и дървесна и храстова растителност, които впоследствие предотвратяват ерозионните процеси. Извършват се озеленителни работи за възстановяване на естествения комплекс на водния обект и прехвърляне на по-голямата част от повърхностния отток в подземния хоризонт с цел почистването му, като се използват скалите на крайбрежната зона и заливните земи като хидрохимична бариера.

Бреговете на много водни обекти са осеяни, а водите са замърсени с химикали, тежки метали, нефтопродукти, плаващи отломки, а някои от тях са еутрофикирани и затилени. Невъзможно е да се стабилизират или активират процесите на самопречистване в такива водни обекти без специална инженерна и мелиоративна намеса.

Целта на извършване на инженерно-рекултивационни дейности и дейности по опазване на околната среда е да се създадат условия във водните обекти, които осигуряват ефективното функциониране на различни пречиствателни съоръжения, както и да се извършват дейности за отстраняване или намаляване на отрицателното въздействие на източниците на разпространение на замърсители, както изключени. -канал и произход на канала.

За замърсяването и недостига на питейна вода на планетата е писано достатъчно. В една от най-богатите на вода страни, Русия, само един процент от изходната вода от повърхностните питейни води отговаря на стандартите за качество. В Карелия, страната на реките и езерата, където наличието на водни ресурси надвишава средните руски показатели с 2-3 пъти, около 70% от водните проби, влизащи в разпределителните мрежи на населените места, не отговарят на хигиенните изисквания за питейна вода. Това до голяма степен се дължи на интензивните техногенни и агропромишлени дейности, насочени основно към задоволяване на моментните нужди на човечеството и недостатъчното внимание към опазването на водните ресурси за бъдещите поколения. Но не само „благодарение” на това жизненоважната за човечеството естествена вода е в състояние, близко до критично.

Естествената вода е замърсена от различни райони. Източниците на замърсяване на водата са изключително разнообразни. На първо място, това са канализацията на градовете и промишлените предприятия. Най-водоемките индустрии са минната, стоманодобивната, химическата, нефтохимическата, хартията и хранително-вкусовата промишленост. Те поемат до 70% от цялата вода, използвана в промишлеността. Също така огромно количество вода за охлаждане се използва от топло- и атомни електроцентрали, заустваната вода води до термично замърсяване на водните обекти, което нарушава топлинния, хидрохимичния и хидробиологичния режим на водните обекти.

През последните години в редица региони те се „съревновават“ с отпадните води от животновъдните комплекси и водите, идващи от поливни масиви и дъждовни земи. Селското стопанство консумира 60-80% от цялата прясна вода. В много региони на света замърсяването на водата все повече се свързва с валежите. Промените в режима на реките и езерата играят определена роля за влошаването на качеството на водата.

Поради огромния проблем със замърсяването на природните води има различни методи и методи за пречистване на водата. Но въпреки това, едно от най-ценните свойства на естествените води е способността им да се самопречистват.

Самопречистването на водата е възстановяване на естествените им свойства в реки, езера и други водни обекти, протичащи естествено в резултат на взаимосвързани физикохимични, биохимични и други процеси (турбулентна дифузия, окисляване, сорбция, адсорбция и др.). Способността на реките и езерата да се самопречистват е тясно зависима от много природни фактори. Тези фактори включват: биологични - сложни процеси на взаимодействие на водните растителни организми с компонентите на входящите отпадни води; хидроложки - разреждане и смесване на замърсители с по-голямата част от водата; физически - влиянието на слънчевата радиация и температура; механично - утаяване на суспендирани частици; химически - превръщането на органичните вещества в минерали (т.е. минерализация).

Когато отпадъчните води навлизат в резервоара, отпадните води се смесват с водата на резервоара и концентрацията на замърсяване намалява. Пълната смяна на водата в реките отнема средно 16 дни, блатата - 5 дни, езерата - 17 години. Разликата във времето е свързана с различни периоди на пълен водообмен в различните водни течения и водоеми.

Най-интензивното самопречистване на водата във водоемите и потоците се извършва през топлия сезон, когато биологичната активност във водните екосистеми е най-висока. По-бързото самопочистване протича при реки с бързо течение. Повечето от суспендираните примеси се отлагат, това са суспендирани минерални и органични частици, яйца на хелминти и микроорганизми, поради което водата става бистра и прозрачна.

Намаляването на концентрацията на неорганични вещества, замърсяващи водните обекти, става чрез неутрализиране на киселини и основи поради естественото буфериране на природните води, образуването на трудно разтворими съединения, хидролиза, сорбция и утаяване. Концентрацията на органичните вещества и тяхната токсичност намаляват поради химично и биохимично окисление.

Един от важните процеси на самопречистване на водата е минерализацията на органичните вещества, тоест образуването на минерални вещества от органични вещества под въздействието на биологични, химични и други фактори. С минерализация във водата количеството на органичните вещества намалява, заедно с това може да се окисли и органичната материя на микробите и следователно част от бактериите умират.

В процеса на самопречистване сапрофити и патогенни микроорганизми умират. Те умират в резултат на изчерпване на водата с хранителни вещества; бактерицидно действие на ултравиолетовите слънчеви лъчи, които проникват във водния стълб с повече от 1 m; влиянието на бактериофагите и антибиотичните вещества, секретирани от сапрофити; неблагоприятни температурни условия; антагонистичен ефект на водните организми и други фактори. Съществена роля в процесите на самопречистване на водата играят т. нар. сапрофитна микрофлора и водни организми. Някои представители на микрофлората на водните тела имат антагонистични свойства към патогенните микроорганизми, което води до смъртта на последните. Най-простите водни организми, както и зоопланктонът (ракообразни, коловратки и др.), Пропускайки вода през червата си, унищожават огромно количество бактерии. Бактериофагите, които са попаднали в резервоара, също оказват влияние върху патогените.

Самопречистването на подземните води се осъществява поради филтриране през почвата и поради процеси на минерализация.

Трябва да се помни, че способността на водните тела да се самопречистват е ограничена. Съединенията на олово, мед, цинк, живак могат да забавят процесите на самопречистване на водата и да влошат нейните органолептични свойства.

От голямо значение е разпространението на водната растителност (гъсти гъсталаци от тръстика, тръстика и рогоз по крайбрежието), която играе ролята на своеобразен биофилтър в тях. Високата почистваща способност на водните растения намира широко приложение в много промишлени предприятия, както у нас, така и в чужбина. За това се създават различни изкуствени утаители, в които е засадена езерна и блатна растителност, която почиства добре замърсената вода.

През последните години широко се разпространи изкуствената аерация – един от ефективните начини за пречистване на замърсени води, когато процесът на самопречистване е рязко намален при недостиг на кислород, разтворен във водата. Добрата аерация на водата осигурява активиране на окислителни, биологични и други процеси, спомагащи за пречистването на водата. За да направите това, специални аератори се монтират в резервоари и потоци или в аерационни станции преди изпускането на замърсена вода.

Библиография

1. Авакян А.Б., Широков В.М. Интегрирано използване и опазване на водните ресурси: Проб. надбавка. - Минск: Un-something, 1999;

2. Бернар Небел "Наука за околната среда" (В 2 тома), "МИР" М. 1993 г.;

3. Беличенко Ю.П., Швецов М.Н. Рационално използване и опазване на водните ресурси. - М.: Росселхозиздат, 2006

Задача номер 6

ПРОЦЕСИ НА САМОПРЕЧИСТВАНЕ НА ПРИРОДНИ ВОДИ

1 ВИДОВЕ ЗАМЪРСЯВАНЕ И ТЕХНИТЕ ЕФЕКТИ

(КАНАЛИ ЗА САМОПОЧИСТВАЩА се ВОДНА СРЕДА)

При самопречистване на водната среда разбират съвкупността от физически, биологични и химични вътрешни процеси, насочени към намаляване на съдържанието на замърсители (замърсители).

Приносът на отделните процеси за способността на естествената водна среда да се самопречиства зависи от естеството на замърсителите. В съответствие с това замърсителите условно се разделят на три групи.

едно). Консервантни вещества - неразградими или биоразградими много бавно . Това са минерални соли, хидрофобни съединения като хлорорганични пестициди, нефт и нефтопродукти. Намаляването на концентрацията на консервативните вещества в увреждането на водата възниква само поради разреждане, физични процеси на масообмен, физикохимични процеси на комплексообразуване, сорбция и биоакумулация. Самопречистването има привиден характер, тъй като има само преразпределение и разпръскване на замърсители в околната среда, замърсяване на съседни обекти от него.

2). Биогенни вещества - вещества, участващи в биологичния цикъл. Това са минерални форми на азот и фосфор, лесно смилаеми органични съединения.

В този случай се извършва самопречистване на водната среда поради биохимични процеси.

3). Водоразтворимите вещества, които не участват в биологичния цикъл, навлизайки във водни тела и потоци от антропогенни източници, често са токсични. Самопречистването на водната среда от тези вещества се осъществява главно поради тяхната химическа и микробиологична трансформация.

Най-значимите процеси за самопречистване на водната среда са следните процеси:

– процеси на физически трансфер: разреждане (смесване), отстраняване на замърсители в съседни водни обекти (надолу по течението), утаяване на суспендирани частици, изпаряване, сорбция (от суспендирани частици и дънни седименти), биоакумулация;

– микробиологична трансформация;

–химическа трансформация: утаяване, хидролиза, фотолиза, редокс реакции и др.

2 РАЗРЕЖДАНЕ НА SAT ПРИ ИЗПУСКАНЕ НА ОТПАДНИТЕ ВОДИ

ОТ СЪОРЪЖЕНИЯ ЗА ПРЕЧИСТВАНЕ НА ВОДА

Масата на замърсителите в отпадъчните води е равна на масата на замърсителите в смесения поток (отпадни води + водни води). Уравнение на материалния баланс за замърсители:

Cct q + γ Q Cf = Cv (q + γ Q),

където Cst е концентрацията на замърсители в отпадъчните води, g/m3 (mg/dm3);

q е максималният дебит на отпадъчните води за заустване във водотока, m3/s

γ - съотношение на смесване

Q е средният месечен дебит на водотока, m3/s;

Cf е фоновата концентрация на замърсители във водотока (установена според дългогодишни наблюдения), g/m3 (mg/dm3);

Cv - концентрация на замърсители във водотока след смесване (разреждане), g/m3 (mg/dm3);

От уравнението на материалния баланс може да се намери концентрацията на замърсители във водното течение след разреждане:

Cv = https://pandia.ru/text/80/127/images/image002_20.png" width="117" height="73 src=">

L е разстоянието по протежение на фарватера на водното течение (фарватера е най-дълбоката ивица на даден воден обект) от точката на изпускане до контролната точка, m;

α е коефициент, зависещ от хидравличните условия на потока. Коефициентът α се изчислява според уравнението:

където ξ е коефициент, зависещ от местоположението на изхода на отпадни води във водотока: ξ = 1 за изход близо до брега, ξ = 1,5 при пускане в фарватера;

φ е коефициентът на извивостта на водното течение, т.е. съотношението на разстоянието между разглежданите участъци от водното течение по протежение на фарватера към разстоянието по правата линия; D е коефициентът на турбулентна дифузия.

За равнинни реки и опростени изчисления коефициентът на турбулентна дифузия се намира по формулата:

https://pandia.ru/text/80/127/images/image005_9.png" width="59 height=47" height="47">= X-in,

където ac, aw са активностите на веществото А в сорбционния слой и във водната фаза;

γc, γw са коефициентите на активност на веществото А в сорбционния слой и във водната фаза;

Cs, Sv са концентрациите на вещество А в сорбционния слой и във водната фаза;

Кс-в - коефициент на разпределение на веществото А (равновесна константа

AB ↔ AC изразено чрез концентрации).

След това, с относително постоянен коефициент на активност на вещество А в сорбционния слой (органична фаза):

X-in = Ka s-in DIV_ADBLOCK4">

Това по-специално определя наличието на корелация между коефициентите на разпределение на веществата в системата октанол - вода и твърда органична материя - вода:

Ks-in ≈ 0,4 Ko-in ,

където Ko-v е коефициентът на разпределение на веществото в системата октанол-вода.

Стойността на Ko-in е свързана с разтворимостта на вещество във вода чрез проста емпирична връзка:

lg Ko-in = (4,5 ÷ 0,75) lg S,

където S е разтворимостта на веществото, изразена в mg/dm3.

Това съотношение е валидно за много класове органични съединения, включително въглеводороди, халогенирани въглеводороди, ароматни киселини, хлорорганични пестициди, хлорирани бифенили.

В естествените сорбенти органичната материя съставлява само определена част от масата на сорбента. Следователно коефициентът на разпределение в системата сорбент-вода Ks-v се нормализира към съдържанието на органичен въглерод в сорбента Ks-v*:

Ks-in * \u003d Ks-in ω (C),

където ω(С) е масовата част на органичната материя в сорбента.

В този случай делът на веществото, сорбирано от водната среда ωsorb, е равно на:

ωsorb = https://pandia.ru/text/80/127/images/image009_9.png" width="103" height="59">,

където Csorb е концентрацията на сорбента, суспендиран във вода.

В дънните седименти стойността на Csorb е значителна, следователно за много замърсители Ks-v*· Csorb >> 1 и единицата в знаменателя може да бъде пренебрегната. Стойността на ωsorb клони към единица, т.е. цялото вещество А ще бъде в сорбирано състояние.

В открити водни обекти ситуацията е различна: концентрацията на суспендирания сорбент е изключително ниска. Следователно сорбционните процеси имат значителен принос за самопречистването на резервоара само за съединения с Ks-v ≥ 105.

Сорбцията на много замърсители с водоразтворимост 10-3 mol/l е един от основните процеси за отстраняване на химикал от водната фаза. Тези вещества включват хлорорганични пестициди, полихлорирани бифенили, PAHs. Тези съединения са слабо разтворими във вода и имат високи стойности на Co-in (104 - 107). Сорбцията е най-ефективният начин за самопречистване на водната среда от такива вещества.

4 МИКРОБИОЛОГИЧНО САМОПОЧИСТВАНЕ

Микробиологичната трансформация на замърсителите се счита за един от основните канали за самопречистване на водната среда. . Микробиологичните биохимични процеси включват реакции от няколко вида. Това са реакции, включващи редокс и хидролитични ензими. Оптималната температура за процесите на биоразграждане на замърсителя е 25-30ºС.

Скоростта на микробиологична трансформация на дадено вещество зависи не само от неговите свойства и структура, но и от метаболитния капацитет на микробната общност..png" width="113" height="44 src=">,

където CS е концентрацията на субстрата (замърсителя), . Тук keff е скоростната константа на биолизата, .m е биомасата на микроорганизмите или размера на популацията.

Кинетиката на трансформация от псевдо първи ред на някои замърсители при фиксиран размер на популацията и право пропорционалният растеж на константата на скоростта с увеличаване на броя на бактериите са експериментално доказани в много случаи. Освен това в някои случаи kef не зависи от фазата на нарастване на популацията, от местонахождението и видовия състав на микробната общност.

Когато интегрираме кинетичното уравнение на реакцията от първи ред, получаваме:

https://pandia.ru/text/80/127/images/image013_7.png" width="29" height="25 src="> – началната концентрация на субстрата (или биохимично окисляеми вещества, съответстващи на BODtotal) ;

– текущата концентрация на субстрата (или биохимично окисляеми вещества, съответстващи на BODtotal – BODτ).

Когато заменим https://pandia.ru/text/80/127/images/image014_8.png" width="29" height="25"> със съответната BOD стойност в уравнението, получаваме:

Да означим kB/2.303 = k*, където k* е биохимичната окислителна константа (има размерността на реакционната константа от първи ред - ден-1). При потенциране на уравнението имаме уравнение, отнасящо се до BODtot. и BODτ, в експоненциална форма:

Използвайки това уравнение, може да се определи времето на пълно окисление на биохимично окислените вещества - времето, през което 99% от веществото се окислява .

При естествени условия на средните ширини, в резултат на микробиологични процеси, алканите с нормална структура се разлагат най-бързо (с 60-90% за три седмици). Разклонените алкани и циклоалканите се разлагат по-бавно от n-алканите - с 40% за седмица, с 80% за три седмици. Производните на бензол с ниско молекулно тегло минерализират по-бързо от наситените въглеводороди (например феноли и крезоли) . Заместените ди- и трихлорфеноли се разлагат напълно в дънните седименти в рамките на една седмица, нитрофенолите - за две до три седмици. Въпреки това, PAHs бавно се разграждат.

Процесите на биоразграждане се влияят от много фактори: осветление, съдържание на разтворен кислород, рН , съдържание на хранителни вещества, наличие на токсиканти и др. . Дори ако микроорганизмите имат набор от ензими, необходими за унищожаването на замърсителите, те може да не проявят активност поради липсата на допълнителни субстрати или фактори.

5 ХИДРОЛИЗА

Много замърсители са слаби киселини или основи и участват в киселинно-основните трансформации. Солите, образувани от слаби основи или слаби киселини, се подлагат на хидролиза . Солите, образувани от слаби основи, се хидролизират от катиона, солите, образувани от слаби киселини от аниона. Катиони HM, Fe3+, Al3+ се подлагат на хидролиза:

Fe3+ + HOH ↔ FeOH2+ + H+

Al3+ + HOH ↔ AlOH2+ + H+

Cu2+ + HOH ↔ CuOH+ + H+

Pb2+ + HOH ↔ PbOH+ + H+.

Тези процеси причиняват вкисляване на околната среда.

Аниони на слабите киселини се хидролизират:

CO32- + HOH ↔ HCO3- + OH-

SiO32- + HOH ↔ HSiO3- + OH-

PO43- + HOH ↔ HPO42- + OH-

S2- + HOH ↔ HS- + OH-,

което допринася за алкализирането на околната среда.

Едновременното присъствие на хидролизиращи се катиони и аниони в някои случаи предизвиква пълна необратима хидролиза, която може да доведе до образуване на утайки от слабо разтворими хидроксиди Fe (OH) 3, Al (OH) 3 и др.

Хидролизата на катиони и аниони протича бързо, тъй като се отнася до йонообменни реакции.

Сред органичните съединения, естери и амиди на карбоксилни киселини и различни фосфор-съдържащи киселини се подлагат на хидролиза. В този случай водата участва в реакцията не само като разтворител, но и като реагент:

R1–COO–R2 + HOH ↔ R1–COOH + R2OH

R1–COO–NH2 + HOH ↔ R1–COOH + NH3

(R1O)(R2O)–P=O(OR3) + HOH ↔ H3PO4 + R1OH + R2OH + R3OH

Като пример може да се посочи дихлорвос (о,о-диетил-2,2-дихлорвинил фосфат).

(C2H5O)2–P=O(O–CH=CCl2) + 2HOH ↔ (HO)2–P=O(O–CH=CCl2) + 2C2H5OH

Различни органохалогенни съединения също се хидролизират:

R–Cl + HOH ↔ R–OH + HCl;

R–C–Cl2 + 2HOH ↔ R–C–(OH)2 + 2HCl ↔ R–C=O + H2O + 2HCl;

R–C–Cl3 + 3HOH ↔ R–C–(OH)3 + 3HCl ↔ R–COOH + 2H2O + 3HCl.

Тези хидролитични процеси протичат в различен времеви мащаб. Реакциите на хидролиза могат да се провеждат както без катализатор, така и с участието на киселини и основи, разтворени в естествени води като катализатори. Съответно, константата на скоростта на хидролиза може да бъде представена като:

където https://pandia.ru/text/80/127/images/image020_5.png" width="12" height="19"> – скоростни константи на киселинна хидролиза, хидролиза в неутрална среда и алкална хидролиза;

В този случай хидролизата може да се счита за реакция от псевдо първи ред, тъй като замърсителите присъстват в естествените води в следи. Концентрацията на водата в сравнение с техните концентрации е много по-висока и на практика се счита за непроменена.

За да се определи концентрацията на замърсител, която се променя с течение на времето, се използва уравнение на кинетична реакция от първи ред:

където C0 – начална концентрация на замърсителя;

С – текуща концентрация на замърсителя;

τ – времето, изминало от началото на реакцията;

к – константа на скоростта на реакцията (хидролизата).

Степента на преобразуване на замърсителя (пропорцията на веществото, което е влязло в реакцията) може да се изчисли по уравнението:

β = (С0 – С)/С0 = 1– e-kτ.

6 ПРИМЕРИ ЗА РЕШАВАНЕ НА ПРОБЛЕМИ

Пример 1 Изчислете концентрацията на Fe3+ железни йони в речната вода на разстояние 500 m от изхода на отпадни води, ако концентрацията му в отпадъчните води на изхода към водоема е 0,75 mg/dm3. Скоростта на речния поток е 0,18 m/s, обемният поток е 62 m3/s, дълбочината на реката е 1,8 m, коефициентът на извивост на реката е 1,0. Отпадните води се изхвърлят от брега. Обемният поток на отпадъчните води е 0,005 m3/s. Фоновата концентрация на Fe3+ е 0,3 mg/dm3.

решение:

Коефициентът на турбулентна дифузия е

https://pandia.ru/text/80/127/images/image025_3.png" width="147" height="43">.

Коефициентът α според условието на задачата (коефициентът, отчитащ условията за заустване на отпадни води ξ = 1 при заустване в близост до брега; коефициентът на криволичещ ъгъл на реката φ = 1) се изчислява по уравнението:

= 1.0 1.0https://pandia.ru/text/80/127/images/image028_2.png" width="44" height="28 src="> и намерете неговата числова стойност

β = https://pandia.ru/text/80/127/images/image030_2.png" width="107" height="73">.png" width="145" height="51 src="> .= 0,302 ≈ 0,3 mg/dm3.

Отговор: Концентрацията на Fe3+ на разстояние 500 m от мястото на заустване на отпадни води е 0,302 mg/dm3, тоест практически е равна на фоновата концентрация

Пример 2 Изчислете константата на скоростта на биоокисление k*, ако експериментално се установи, че BODtotal се наблюдава на 13-ия ден от инкубацията на пробата. Каква част от общото БПК е БПК5 в този случай?

решение:

За да се определи BODtotal, се приема, че BODtotal: (BODtotal - BODτ) = 100: 1, т.е. 99% от органичните вещества са окислени.

k* = https://pandia.ru/text/80/127/images/image035_1.png" width="72" height="47"> = 1 – 10-k*5 = 1 – 10-0,15 ∙5 = 0,822 или 82,2%.

Отговор : Константата на скоростта на биоокисляване е 0,15 ден-1. БПК5 от БПК общо е 82,2%.

Пример 3 Изчислете времето на полуразпад, степента на хидролиза и концентрацията на метилхорацетат (ClCH2COOCH3) при T = 298K в застоял воден обект с pH = 6,9 след: а) 1 час; б) 1 ден след навлизането му във водоема, ако началната му концентрация е 0,001 mg/l. Константите на скоростта на хидролиза на метил хлорацетат са дадени в таблицата.

решение:

В съответствие със закона за масовото действие скоростта на хидролиза е

където kHYDR е константата на скоростта на хидролиза, s-1;

SZV - концентрация на замърсители.

Хидролизата може да се счита за псевдо реакция от първи ред, тъй като замърсителите присъстват в естествените води в следи. Концентрацията на водата в сравнение с техните концентрации е много по-висока и на практика се счита за непроменена.

Константата на хидролиза се изчислява по уравнението

СH+.– концентрация на водородни йони, mol/l;

СOH е концентрацията на хидроксидни йони, mol/l.

Тъй като, според условието на задачата, pH = 6,9, е възможно да се намери концентрацията на водородните йони и концентрацията на хидроксидните йони.

Концентрацията на водородните йони (mol / l) е равна на:

CH+. \u003d 10 - pH \u003d 10-6,9 \u003d 1,26 10-7.

Сумата от водородните и хидроксилните експоненти винаги е постоянна

Следователно, като знаете pH, можете да намерите хидроксилния индекс и концентрацията на хидроксидни йони.

рОН = 14 - рН = 14 - 6,9 = 7,1

Концентрацията на хидроксидни йони (mol/l) е равна на:

COH - \u003d 10–pOH \u003d 10-7,1 \u003d 7,9 10-8.

Константата на хидролиза на метил хлорацетат е:

2.1 10-7 1.26 10-7+8.5 10-5+140 7.9 10-8=.

8,5 10-5 + 1,1 10-5 = 9,6 10-5s-1.

Времето на полуразпад на вещество τ0,5 в реакция от първи ред е:

https://pandia.ru/text/80/127/images/image037_1.png" width="155" height="47">s = 2 часа.

Степента на преобразуване (степен на хидролиза) на замърсителя може да се изчисли по уравнението:

β = (С0 – С)/С0 = 1– e-kτ.

Един час след навлизането на метилхлорацетат в резервоара, неговата степен на хидролиза е равна на:

β = 1– e-0,000096 3600 = 1– 0,708 = 0,292 (или 29,2%).

След един ден степента на хидролиза на замърсителите е равна на:

β = 1– e-0,000096 24 3600 = 1– 0,00025 = 0,99975 (или 99,98%).

Текущата концентрация на метилхлорацетат може да се определи, като се знае степента му на преобразуване С = С0(1 – β).

Един час след навлизането на метилхлорацетат в резервоара, неговата концентрация ще бъде:

C = C0 (1 - β) = 0,001 (1 - 0,292) = 0,001 0,708 = 7,08 10-4 mg / l.

За един ден концентрацията на замърсители ще бъде равна на:

C \u003d C0 (1 - β) = 0,001 (1 - 0,99975) = 0,001 0,00025 = 2,5 10-7 mg / l.

Отговор: Полуживотът на метил хлорацетат е 2 часа. Един час след навлизането на замърсителя във водоема, степента му на преобразуване ще бъде 29,2%, концентрацията ще бъде 7,08 10-4 mg/l. Ден след навлизането на замърсителя във водоема, неговата конверсия ще бъде 99,98%, концентрацията ще бъде 2,5 10-7 mg/l.

7 ЗАДАЧИ ЗА САМОСТОЯТЕЛНО РЕШЕНИЕ

1. Изчислете концентрацията на Cu2+ йони в речната вода на разстояние 500m от изхода на отпадната вода, ако концентрацията на Cu2+ в отпадъчните води е 0,015 mg/l. Скоростта на речния поток е 0,25 m/s, обемният поток е 70 m3/s, дълбочината на реката е 3 m, коефициентът на извивост на реката е 1,2. Отпадните води се изхвърлят от брега. Обемният поток на отпадъчните води е 0,05 m3/s. Фоновата концентрация на Cu2+ е 0,010 mg/l.

2. Изчислете концентрацията на NH4+ йони в речната вода на разстояние 800m от изхода на отпадната вода, ако концентрацията на NH4+ в отпадъчните води е 0,25 mg/l. Скоростта на потока на реката е 0,18 m/s, обемният поток е 50 m3/s, дълбочината на реката е 1,8 m, коефициентът на криволичене на реката е 1,2. Отпадните води се изхвърлят от брега. Обемният поток на отпадъчните води е 0,04 m3/s. Фоновата концентрация на NH4+ е 0,045 mg/l.

3. Изчислете концентрацията на Al3+ йони в речната вода на разстояние 500m от изхода на отпадната вода, ако концентрацията на Al3+ в отпадъчните води е 0,06 mg/l. Скоростта на потока на реката е 0,25 m/s, обемният поток е 70 m3/s, дълбочината на реката е 3 m, коефициентът на извивост на реката е 1,0. Отпадните води се изхвърлят от брега. Обемният поток на отпадъчните води е 0,05 m3/s. Фоновата концентрация на Al3+ е 0,06 mg/l.

4. Изчислете концентрацията на йони Fe3+ в речната вода на разстояние 300m от изхода на отпадната вода, ако концентрацията на Fe3+ в отпадъчните води е 0,55 mg/l. Скоростта на речния поток е 0,20 m/s, обемният дебит е 65 m3/s, дълбочината на реката е 2,5 m, коефициентът на извивост на реката е 1,1. Отпадните води се изхвърлят от брега. Обемният поток на отпадъчните води е 0,45 m3/s. Фоновата концентрация на Fe3+ е 0,5 mg/L.

5. Изчислете концентрацията на сулфатни йони в речната вода на разстояние 500m от изхода на отпадната вода, ако концентрацията на SO42- в отпадната вода е 105,0 mg/l. Скоростта на речния поток е 0,25 m/s, обемният поток е 70 m3/s, дълбочината на реката е 3 m, коефициентът на извивост на реката е 1,2. Отпадните води се изхвърлят от брега. Обемният поток на отпадъчните води е 0,05 m3/s. Фоновата концентрация на SO42- е 29,3 mg/l.

6. Изчислете концентрацията на хлоридни йони в речната вода на разстояние 500m от изхода на отпадъчните води, ако концентрацията на Cl - в отпадните води е 35,0 mg/l. Скоростта на потока на реката е 0,25 m/s, обемният поток е 70 m3/s, дълбочината на реката е 3 m, коефициентът на извивост на реката е 1,0. Отпадните води се изхвърлят от брега. Обемният поток на отпадъчните води е 0,5 m3/s. Фоновата концентрация на SO42- е 22,1 mg/l.

7. Концентрацията на Cu2+ медни йони в отпадъчните води е 0,02 mg/l. На какво разстояние от мястото на заустване на отпадъчните води концентрацията на Cu2+ ще надвиши фона с 10%, ако обемният дебит на отпадъчните води е 0,05 m3/s? Скоростта на потока на реката е 0,15 m/s, обемният поток е 70 m3/s, дълбочината на реката е 3 m, коефициентът на криволичене на реката е 1,2. Отпадните води се изхвърлят от брега. Фоновата концентрация на Cu2+ е 0,010 mg/L.

8. В резултат на сухо отлагане от атмосферата, аерозолни частици с диаметър 50 μm и плътност 2500 kg/m3 навлязоха в течащ резервоар с дълбочина 1,5 m. Дебитът на водата е 0,8 m/s, вискозитетът на водата е 1 10-3 Pa s, плътността на водата е 1000 kg/m3. Какво разстояние ще преодолеят тези частици, отнесени от течението, преди да се утаят на дъното?

9. В резултат на влажно отлагане от атмосферата, аерозолни частици с диаметър 20 μm и плътност 2700 kg/m3 са попаднали в течащ резервоар с дълбочина 3,0 m. Дебитът на водата е 0,2 m/s, вискозитетът на водата е 1 10-3 Pa s, плътността на водата е 1000 kg/m3. Какво разстояние ще преодолеят тези частици, отнесени от течението, преди да се утаят на дъното?

10. В резултат на сухо отлагане от атмосферата, аерозолни частици с диаметър 40 μm и плътност 2700 kg/m3 навлязоха в течащ резервоар с дълбочина 2,0 m. Скоростта на водния поток е 0,25 m/s, вискозитетът на водата е 1 10-3 Pa s, плътността на водата е 1000 kg/m3. Дължината на резервоара по посока на течението е 5000 м. Тези частици ще се утаят ли на дъното на водоема или ще бъдат изнесени от течението?

11. Изчислете диаметъра на суспендираните частици, влизащи в течащото езерце с отпадъчни води, които ще се утаят на дъното на резервоара на 200 m от изхода на отпадъчната вода, ако плътността на частиците е 2600 kg/m3. Дебитът на водата е 0,6 m/s, вискозитетът на водата е 1 10-3 Pa s, плътността на водата е 1000 kg/m3. Дълбочината на резервоара е 1,8 м.

12. В резултат на аварията хексанът се разпространи по повърхността на резервоара. Налягането на наситените пари на хексан при 20°C, 30°C и 40°C е съответно 15998.6 Pa, 24798.0 Pa и 37063.6 Pa. Определете налягането на наситените пари на хексан при 15°C графично. Изчислете скоростта на изпаряване на хексан при 15°C, като използвате формулата, ако скоростта на вятъра е 1 m/s. Плътността на въздуха при 0°C е 1,29 kg/m3, вискозитетът на въздуха при 15°C е 18∙10−6 Pa∙s, диаметърът на петното, образувано от хексан върху водната повърхност е 100m.

13. В резултат на аварията толуенът се е разпространил по повърхността на резервоара. Налягането на наситените пари на толуена при 20°C, 30°C и 40°C е съответно 3399,7 Pa, 5266,2 Pa и 8532,6 Pa. Определете налягането на наситените пари на толуена при 25°C графично. Изчислете скоростта на изпаряване на толуена при 25°C, като използвате формулата, ако скоростта на вятъра е 2m/s. Плътността на въздуха при 0°C е 1,29 kg/m3, вискозитетът на въздуха при 25°C е 20∙10−6 Pa∙s, диаметърът на петното, образувано от толуен върху водната повърхност е 200m.

14. В резултат на аварията повърхността на водоема се разстила м-ксилол. Налягане на наситена пара м-ксилол при 20°C и 30°C е равно на 813,3 и 1466,5 Pa, съответно. Определете налягането на наситените пари м-ксилол при температура 25°C, като се използва интегралната форма на уравнението на изобара на химичната реакция. Изчислете скоростта на изпаряване м-ксилол при 25°C по формулата, ако скоростта на вятъра е 5m/s. Плътността на въздуха при 0°C е 1,29 kg/m3, вискозитетът на въздуха при 25°C е 20∙10−6 Pa∙s, диаметърът на образуваното петно м-ксилол на повърхността на водата е равен на 500m.

15. Бензолът е случайно разлят върху лабораторната маса. Налягането на наситените пари на бензола при 20°C и 30°C е съответно 9959,2 и 15732,0 Pa. Определете налягането на наситените пари на бензола при 25°C, като използвате интегралната форма на уравнението на изобара на химичната реакция. Изчислете скоростта на изпаряване на бензола при 25°C, като използвате метода за определяне на емисиите на вредни вещества в атмосферата. Диаметърът на петното, образувано от бензол върху повърхността на масата, е 0,5 m. Ще бъде ли надвишена стойността на MPC. h.(С6Н6) = 5 mg/m3 15 минути след разливането на бензол, ако обемът на помещението е 200 m3?

16. Хлоробензен случайно е разлят върху лабораторната маса. Налягането на наситените пари на хлорбензол при 20°C и 30°C е съответно 1173,2 и 199,8 Pa. Определете налягането на парите на насищане на хлоробензен при 25°C, като използвате интегралната форма на уравнението на изобара на химичната реакция. Изчислете скоростта на изпаряване на хлоробензен при 25°C, като използвате метода на атмосферни емисии. Диаметърът на петното, образувано от хлорбензол върху повърхността на масата, е 0,3 m. Ще бъде ли надвишена стойността на MPC. z.(С6Н5Cl) = 50mg/m3 10 минути след разливането на хлоробензен, ако обемът на помещението е 150m3?

17. В резултат на аварията смес от октан, толуен и м- ксилен с тегло 1000 кг. Състав на сместа (масови фракции): октан - 0,3; толуен - 0,4; м-ксилол - 0,3. Налягане на наситени пари на октан, толуен и м-ксилол при 20°С е равен на 1386.6; 3399,7 Pa и 813,3 Pa, съответно. Изчислете скоростите на изпаряване на въглеводородите при 20°C, като използвате метода за определяне на емисиите на вредни вещества в атмосферата. Определете състава на сместа (масова фракция) след един час, ако диаметърът на петното, образувано от сместа от въглеводороди върху повърхността на водата, е 10 m. Скоростта на вятъра е 1 m/s.

18. В резултат на инцидента смес от бензен, толуен и м- ксилен с тегло 1000 кг. Съставът на сместа (масови фракции): бензол - 0,5; толуен - 0,3; м-ксилол - 0,2. Налягане на наситени пари на бензол, толуен и м-ксилол при 20°С е равен на 9959.2; 3399,7 Pa и 813,3 Pa, съответно. Изчислете скоростите на изпаряване на въглеводородите при 20°C, като използвате метода за определяне на емисиите на вредни вещества в атмосферата. Определете състава на сместа (тегл. фракция) след един час, ако диаметърът на петното, образувано от сместа от въглеводороди на повърхността на водата, е 12 m. Скоростта на вятъра е 0,5 m/s.

19. Изчислете пропорцията на 2,3,7,8-Cl4-дибензодиоксин, адсорбиран от суспендирани частици, съдържащи 3,5% (тегл.) органичен въглерод. Концентрацията на суспендирани частици в долните слоеве на резервоара е 12000 ppm. Коефициентът на разпределение на 2,3,7,8-Cl4-дибензодиоксин в системата октанол-вода KO-B е 1,047 107.

20. Изчислете пропорцията на 1,2,3,4-Cl4-дибензодиоксин, адсорбиран от прахови частици, съдържащи 4% (тегл.) органичен въглерод. Концентрацията на суспендирани частици в долните слоеве на резервоара е 10 000 ppm. Коефициентът на разпределение на 1,2,3,4-Cl4-дибензодиоксин в системата октанол-вода KO-B е 5,888 105.

21. Изчислете дела на фенола, адсорбиран от суспендирани частици, съдържащи 10% (тегл.) органичен въглерод. Концентрацията на суспендирани частици в долните слоеве на резервоара е 50 000 ppm. Коефициентът на разпределение на фенола в системата октанол-вода KO-B е 31.

22. Ще се образува ли утайка PbSO4, когато отпадъчни води, съдържащи 0,01 mg/l Pb2+ йони, попаднат в течащ резервоар с обемен дебит 50m3/s? Обемният дебит на отпадъчните води е 0,05 m3/s. Фоновата концентрация на SO42- е 30 mg/L. Вземете съотношението на смесване γ равно на 1∙10−4. PR(PbSO4) = 1,6 10−8.

23. Ще се образува ли утайка Fe(OH)3, когато отпадъчни води, съдържащи 0,7 mg/l йони Fe3+, попаднат в течащ резервоар с обемен дебит 60m3/s? Обемният дебит на отпадъчните води е 0,06 m3/s. рН = 7,5. Вземете съотношението на смесване γ равно на 4∙10−4. PR(Fe(OH)3) = 6,3 10−38.

24. Изчислете степента на хидролиза и концентрацията на хлороформ (CHCl3) при T=298K в застоял резервоар с pH=7,5 след: а) 1 ден; б) 1 месец; в) 1 година след навлизането му във водоема, ако първоначалната му концентрация е 0,001 mg/l. Константите на скоростта на хидролиза на хлороформ са дадени в таблицата.

25. Изчислете степента на хидролиза (степен на преобразуване) и концентрацията на дихлорометан (CH2Cl2) при T=298K в застоял резервоар с pH=8,0 след: а) 1 ден; б) 1 месец; в) 1 година след навлизането му във водоема, ако първоначалната му концентрация е 0,001 mg/l. Константите на скоростта на хидролиза на дихлорометан са дадени в таблицата.

26. Изчислете степента на хидролиза (степен на преобразуване) и концентрацията на бромометан (CH3Br) при T=298K в застоял резервоар с pH=8,0 след: а) 1 ден; б) 1 месец; в) шест месеца след навлизането му във водоема, ако първоначалната му концентрация е 0,005 mg/l. Константите на скоростта на хидролиза, бром са дадени в таблицата.

27. След колко време концентрацията на етилацетат в застоял резервоар ще стане равна на: а) половината от първоначалната концентрация; б) 10% от първоначалната концентрация; в) 1% от първоначалната концентрация? Т = 298 К. рН = 6,5. Константите на скоростта на хидролизата на етилацетат са дадени в таблицата.

28. След колко време концентрацията на фенилацетат в застоял резервоар ще стане равна на: а) половината от първоначалната концентрация; б) 10% от първоначалната концентрация; в) 1% от първоначалната концентрация? Т = 298 К. рН = 7,8. Константите на скоростта на хидролиза на фенилацетат са дадени в таблицата.

29. След колко време концентрацията на фенилбензоат в застоял резервоар ще стане равна на: а) половината от първоначалната концентрация; б) 10% от първоначалната концентрация; в) 1% от първоначалната концентрация? Т = 298 К. рН = 7,5. Константите на скоростта на хидролиза на фенил бензоат са дадени в таблицата.

30. Изчислете константата на биоокисление k* в естествена вода и времето за отстраняване на половината от замърсяването, ако експериментално се определят стойностите на BOD5 и BODtot, които са равни съответно на 3,0 и 10,0 mgO2/dm3.

31. Изчислете константата на биоокисление k* в естествена вода и времето за отстраняване на половината от замърсяването, ако експериментално се определят стойностите на BOD5 и BODtot, които са равни съответно на 1,8 и 8,0 mgO2/dm3.

32. Изчислете константата на скоростта на биоокисление k* в естествена вода, ако експериментално се установи, че BODtotal се наблюдава на 13-ия ден от инкубацията на проба от тази вода. Каква част от общото БПК е БПК5 в този случай?

33. Изчислете константата на скоростта на биоокисление k* в естествена вода, ако експериментално се установи, че BODtotal се наблюдава на 18-ия ден от инкубацията на проба от тази вода. Каква част от общото БПК е БПК5 в този случай?

34. Времето за пълно окисление на фенола в езерце с естествена аерация е 50 дни. Изчислете константата на скоростта на биоокисление k* на фенола в това езерце, както и неговата концентрация след 10 дни, ако първоначалната концентрация на фенол е 20 µg/L.

35. Времето на пълно окисление на толуен в езерце с естествена аерация е 80 дни. Изчислете константата на скоростта на биоокисление k* на толуена в това езерце, както и неговата концентрация след 30 дни, ако първоначалната концентрация на толуен е 50 µg/l.

36. Изчислете COD. оцетна киселина. Изчислете COD на естествена вода, съдържаща 1∙10−4 mol/l оцетна киселина. Изчислете BODtot. от тази вода, ако BODtot: COD = 0,8: 1. Изчислете

37. Определете концентрацията на фенол във водата на застоял резервоар един ден след пристигането му, ако първоначалната концентрация на фенол е 0,010 mg/l. Имайте предвид, че трансформацията на фенола се случва главно в резултат на окисляване от радикала RO2. Стационарната концентрация на RO2 е 10-9 mol/l. Константата на скоростта на реакцията е 104 mol l-1 s-1.

38. Определете концентрацията на формалдехид във водата на застоял резервоар 2 дни след пристигането му, ако първоначалната концентрация на формалдехид е 0,05 mg/l. Имайте предвид, че трансформацията на формалдехида се случва главно в резултат на окисляване от радикала RO2. Стационарната концентрация на RO2 е 10-9 mol/l. Константата на скоростта на реакцията е 0,1 mol l-1 s-1.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица - Константи на скоростта на хидролиза на някои органични вещества при T = 298K

Вещество	продукти хидролиза	Хидролизни константи
l mol-1 s-1		l mol-1 s-1
етилацетат	CH3COOH + C2H5OH
Метил хлорацетат	СlCH2COOH + CH3OH
Фенилацетат	CH3COOH + C6H5OH
Фенил бензоат	C6H5COOH + C6H5OH
Хлорометан CH3Cl
Бромометан CH3Br
Дихлорометан CH2Cl2
Трихлорометан CHCl3

5 Основни процеси на самопречистване на водата във воден обект

6 Мерки за интензифициране на процесите на самопречистване на воден обект

Структурно-логическата схема на организационни, инженерни, мелиоративни и екологични мерки, насочени към възстановяване на естествената среда на воден обект, е показана на фигура 1.

Само системният подход към проблема с възстановяването на водните обекти дава възможност да се подобри качеството на водата в тях.

технологични

Рекултивация на нарушени земи

Рекултивация на затилени и замърсени водоеми

Активиране на процесите на самопочистване

Система от мерки, насочени към възстановяване на естествената среда на водните обекти

Подреждане на крайбрежните територии, укрепване на бреговете

Извършени мерки и работа на водосбора

Работи, извършвани във водната зона на воден обект

Пречистване на водата

Елиминиране на източници на замърсяване на каналите

Подобряване на екологичното законодателство и регулаторна рамка

Увеличаване на отговорността

Регулиране на отпадъците, контрол на околната среда, инвентаризация на депото и местата за изхвърляне на отпадъци

Създаване на водозащитни зони

Рехабилитация на замърсени земи и територии

Организационна

сапропели

Минерални тинове

Техногенни тинове

плаващи отломки

Възстановяване на природната среда, естествените води на екосистемите и подобряване на обитаването и здравето на хората

От химическо и бактериологично замърсяване

От суров петрол и петролни продукти

Система за наблюдение

Заключение

Понастоящем показателите, които определят състоянието на общественото здраве и качеството на околната среда, действат като мярка за нивото на екологична безопасност на човека и природната среда. Решаването на проблема за идентифициране на увреждане на общественото здраве и качеството на околната среда е много сложно и трябва да се осъществи с помощта на съвременни информационни технологии, най-обещаваща от които е технологията на географските информационни системи, които могат да се използват за подпомагане на процеса на вземане и изпълнение на икономически решения при оценка на въздействието върху околната среда и екологична експертиза. Един от структурните елементи на ГИС са базите данни, които съхраняват цялата налична в системата информация: графични (пространствени) данни; тематични и референтни данни (информация за териториалната и времева справка на тематичната информация, справочни данни за ПДК, фонови стойности и др.).

Базите данни се формират въз основа на целта на изследването и наличието на достоверна информация за състоянието на атмосферния въздух, повърхностните и подземните води, почвата, снежната покривка, общественото здраве и друга информация.

Прогнозирането на екологичната ситуация в района на възможна дейност на икономическо или друго съоръжение и вземането на решения в случай на опасно замърсяване и аварийни емисии обикновено се основава на използването на интуитивни процедури, базирани на информация, която е предимно непълна, не напълно точна , а понякога и ненадеждни..

В тези случаи, предвид необходимостта от бързо вземане на решения, е препоръчително да се използват мощни съвременни инструменти на системите за изкуствен интелект и вземане на решения. Интелигентната система за екологична безопасност позволява на потребителите, използвайки размити критерии за представяне на знания за информация, да получават предложения за възможни решения, базирани на правилата за извеждане на данни и знания на експертната система и на метода на неточни разсъждения.

Анализът на работите, посветени на разработването на интелигентни системи за екологична безопасност на промишлени предприятия и територии, показва, че развитието на такива системи в Русия е на първоначално ниво. За да се организира ефективна система за екологична безопасност в индустриален регион като интегрална система за наблюдение, оценка и прогнозиране на опасни промени в природната среда, е необходимо да се изгради мрежа от наземни, подземни и аерокосмически наблюдения на всички компоненти на естествена среда. В същото време, за да се получи обективна картина на състоянието на околната среда и да се разрешат въпроси на регионално ниво (експертиза, вземане на решения, прогнози), е необходимо да се организира екологичен мониторинг на всички основни източници на замърсяване, постоянно наблюдение на състоянието на параметрите на околната среда, които се променят в резултат на въздействието на замърсяването с отпадъци, идващи от различни източници.

Повечето от известните системи за мониторинг на околната среда са регионални системи, чиято задача е да наблюдават екологичното състояние на региона като цяло. За да се гарантира безопасността на околната среда, регионална система за мониторинг не е достатъчна, необходима е по-точна информация за местните източници на замърсяване в мащаб на предприятието.

По този начин създаването на автоматизирани системи за мониторинг на околната среда, системи за подготовка и вземане на решения, които да осигурят висококачествена оценка на въздействието върху околната среда на проектирани обекти на стопанска и друга дейност, остава неотложна и важна задача.

Библиография

ПАВ, нефтопродукти, нитрити; най-високите - суспендирани твърди вещества, BODtot, сулфати, във връзка с това максимално допустимото изхвърляне на тези вещества е по-високо. Заключение В хода на дипломната работа беше оценена опасността за околната среда на отпадните води от хранително-вкусовата промишленост. Разгледани са основните компоненти на отпадните води от хранително-вкусовата промишленост. Влиянието на отпадъчните води от хранително-вкусовата промишленост върху състоянието на природните ...

Извършва се в специални съоръжения - електролизатори. Пречистването на отпадни води с помощта на електролиза е ефективно в оловни и медни инсталации, бои и лакове и някои други индустрии. Замърсените отпадъчни води също се пречистват с ултразвук, озон, йонообменни смоли и високо налягане, а хлорирането се е доказал добре. Сред методите за пречистване на отпадъчни води...

И ефектът от почистването от неразтворени примеси. Едно от основните условия за нормалната работа на утаителните резервоари е равномерното разпределение на входящите отпадъчни води между тях. Вертикални утаители За пречистване на промишлени отпадъчни води се използват вертикални утаители с възходящ поток. Заселниците са с цилиндрична или правоъгълна форма. Отпадъчните води се въвеждат в центъра чрез...

Територии, а от друга страна, върху качеството на подземните води и тяхното въздействие върху човешкото здраве. Глава III. ИКОНОМИЧЕСКИ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ВОДОПОЛЗВАНЕТО В КУРСКИЯ РЕГИОН 3.1 Общи характеристики 3.1.1 Основни показатели за водоползването Регионът Курск се намира в югозападната част на европейската територия на Руската федерация в рамките на Централночерноземния икономически район. Квадрат...