Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Вопрос №8. Перечислите основные источники загрязнения воды и основные загрязняющие вещества. Химический состав природных вод.

Вода - единственное вещество на Земле, существующее в природе во всех трех агре­гатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Под действием солнечного тепла во­да испаряется из естественных водоемов и водотоков - океанов, морей, рек, а также почвы. Водяной пар, будучи легче воздуха, поднимается в верхние слои атмосферы и конденсиру­ется в мельчайшие капельки, образуя облака. Из облаков вода возвращается на земную по­верхность в виде атмосферных осадков - дождей и снега. Выпадающая вода поступает не­посредственно в водные объекты, а также собирается в верхних слоях почвы, образуя поверхностные и грунтовые воды, которые, соприкасаясь с минеральными и органически­ми веществами, частично растворяют их, формируя химический состав природных вод.

Основными составляющими воды являются: кислород - 88,8% и водород - 11,2%. В 1783 г. А. Лавуазье впервые осуществил синтез: Н₂ + 1/2О₂ = Н₂О.

Химический состав природных вод – совокупность растворенных в природных водах минеральных и органических веществ в ионном, молекулярном, комплексном и коллоидном состояниях. В природных водах растворены почти все известные на Земле химические элементы, из 87 стабильных химических элементов, установленных в земной коре, в настоящее время в природных водах обнаружены около 80. При повышении чувствительности аналитических методов, очевидно, будут установлены и остальные. Распределение химических элементов в водных объектах определяется типом природной системы и свойствами самих элементов (их распространенностью в земной коре и растворимостью в воде).

Химический состав природных вод представляет собой сложный комплекс растворенных газов, различных минеральных солей и органических соединений. Его условно делят на шесть групп:

· главные ионы;

· растворенные газы;

· биогенные вещества;

· органические вещества;

· микроэлементы;

· загрязняющие вещества.

Сложность химического состава природных вод определяется не только присутствием в них большого числа химических элементов и многообразием их форм и соединений, но и разным содержанием каждого из них, которое к тому же меняется в различных типах вод, что связано с особенностями условий их формирования. Под формированием химического состава природных вод понимается совокупность процессов, приводящих к образованию того или иного химического состава природной воды. Количество растворенных веществ в воде будет зависеть, с одной стороны, от состава тех веществ, с которыми она соприкасается в процессе своего круговорота, с другой — от условий, в которых происходили эти взаимодействия. Факторы, определяющие формирование химического состава природных вод могут быть разделены на прямые и косвенные. Прямые — факторы, непосредственно влияющие на состав воды (т.е. действие веществ, которые могут обогащать воду растворимыми соединениями, или, наоборот, выделять их из воды). К ним относятся: горные породы, живые организмы, обмен с другими типами природных вод, а также деятельность человека. К косвенным относятся факторы, определяющие условия, в которых протекает взаимодействие веществ с водой: климат, рельеф, водный режим, растительность, гидрогеологические и гидродинамические условия и пр.

Средние концентрации химических элементов в природных водах

^* В скобках приведены данные для подземных вод зоны гипергенеза, приравненные к содержанию в речных водах из-за отсутствия информации.

^** Природная концентрация растворенного фосфора без антропогенного влияния; средняя современная его концентрация примерно 100 мкг/л с учетом антропогенного воздействия.

Факторы формирования химического состава поверхностных вод суши

Каждому типу природных вод (атмосферные осадки, поверхностные и подземные воды) соответствует определенный набор прямых и косвенных факторов формирования химического состава их вод. Для систематизации представлений о химическом составе и минерализации различных типов природных вод (а также водных объектов) используются классификации, в основу которых положены разнообразные принципы.

Загрязнение гидросферы происходит с нарастающей скоростью. При прохожде­нии через гидрологический цикл вода загрязняется взвешенными и растворенными ве­ществами - как природными компонентами, так и отходами человеческой деятельно­сти. Источники загрязнения вод делятся на четыре большие группы.

1. Производственные или промышленные сточные воды, использованные в техноло­гическом процессе производства или получающиеся при добыче и переработке полезных ископаемых.

2. Городские сточные воды, включающие преимущественно бытовые стоки.

3. Атмосферные воды - дождевые и от таяния снега, несущие массы вымываемых из воздуха поллютантов (загрязнителей) промышленного происхождения.

4. Сточные воды сельскохозяйственных предприятий, включающие канализацион­ные воды и смывы с полей удобрений и пестицидов.

Количество загрязненных сточных вод, сбрасываемых в озера, реки и моря, во всем мире достигает 250-300 млрд.м³ в год.

Четкая классификация промышленных стоков затруднена из-за разнообразия за­грязнений в них. Различают две основные группы сточных вод:

1. Содержащие органи­ческие вещества;

2. Содержащие неорганические примеси.

К первой группе относятся сточные воды нефтеперерабатывающих и нефтехими­ческих заводов, предприятий органического синтеза и синтетического каучука, коксо­химических, газосланцевых и др. Они содержат нефть и нефтепродукты, нафтеновые кислоты, углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны, поверхностно-активные вещества, фенолы, смолы, аммиак, меркаптаны, сероводород и др.

Ко второй группе относятся сточные воды содовых, сернокислотных, азотнотуко­вых заводов, обогатительных фабрик свинцовых, цинковых, никелевых руд, шахт, руд­ников, катализаторных фабрик, металлургических предприятий, гальванических произ­водств и др. Они содержат кислоты, щелочи, соли, сернистые соединения, ионы тяжелых металлов, взвешенные минеральные вещества и др.

Промышленные сточные воды классифицируют также по дисперсионному соста­ву загрязняющего вещества. В соответствии с этой классификацией выделяют четыре группы сточных вод:

· содержащие нерастворимые в воде примеси с величиной частиц более 10^-5-10^-4 м;

· представляющие собой коллоидные растворы;

· содержащие растворенные газы и молекулярно-растворимые вещества;

· содержащие вещества, диссоциирующие на ионы.

Такая классификация позволяет предложить для каждой группы определенные методы очистки сточных вод.

Поступающие в реки, озера, водохранилища и моря загрязняющие вещества вно­сят значительные изменения в установившийся режим и нарушают равновесное со­стояние водных экологических систем, хотя водоемы и способны к самоочищению пу­тем биохимического распада органических веществ под действием микроорганизмов. Самоочищающая способность зависит от запаса растворенного кислорода, гидродина­мических и биохимических процессов, солнечной радиации, жизнедеятельности расти­тельных и животных организмов и др. Эти процессы интенсифицируются летом, за­медляются зимой и зависят от кратности разбавления сточных вод.

Существенную роль в развитии евтрофикации водоемов играет сельское хозяйст­во. Смываемые с почвы и поступающие в водоемы и подземные воды минеральные удобрения и отходы животноводства нарушают природное равновесие существующих экосистем, приводят к бурному росту водорослей, что вызывает зарастание каналов, рек, озер, водохранилищ, особенно слабопроточных, приводит к гибели водоемов, пре­вращая их в болото.

Большой вред приносят смываемые с полей, орошаемых массивов, лесных почв пес­тициды, которые не поддаются биологическому распаду и сохраняются на протяжении многих лет в пресной и морской воде. Они вызывают гибель обитателей водоемов на ранних стадиях развития, различные мутации и вырождение особей. Особенно опасны хлороорганические пестициды, обладающие наибольшей способностью накапливаться в организме гидробионтов, что может приводить к летальному исходу. Большинство фос­фороорганических пестицидов накапливаются в воде и рыбе в незначительных количест­вах. Разложение пестицидов под действием микроорганизмов в донных отложениях про­исходит наиболее быстро в тех случаях, когда образуются гидрофильные метаболиты.

Сточные воды металлургических, химических, машиностроительных и других предприятий загрязняют водоемы солями тяжелых металлов, травильными растворами, железом, цинком и другими неорганическими веществами, многие из которых являют­ся сильнейшими ядами. Тяжелые металлы (Pb, Hg, Zn, Сu, Cd, Ni, Со, Sn, Сr) и другие токсичные вещества прогрессивно накапливаются в пищевых цепях, конечным звеном которых является человек. Высокотоксичны - кадмий и цинк, содержащиеся в сброс­ных водах предприятий, занимающихся гальванизацией, а также заводов по выплавке цветных металлов, где эти металлы сбрасываются вместе со свинцом и медью. Внуша­ют опасения такие элементы, как селен, мышьяк, сурьма, ртуть и висмут. Металличе­ская ртуть малотоксична, в то время как метиловая ртуть - сильнейший яд. Всемирно печальную известность приобрело отравление японцев, питавшихся рыбой из залива Минамата, в который химический комбинат долгие годы сбрасывал отходы, содержав­шие метиловую ртуть. Развившаяся у них болезнь, названная «минамата», привела к заболеванию около 300 человек, из которых 59 умерло.

Рыбный промысел в заливе до сих пор запрещен: на дне моря лежит около 600 т ртути.

Особым видом загрязнения водоемов является «тепловое» загрязнение, вызывае­мое сбросом в них подогретой воды, используемой для охлаждения турбин ТЭЦ и дру­гих целей. Немаловажную проблему создало сбрасывание в водоемы нагретых произ­водственных вод с температурой 35-37 °С. Вследствие этого температура у мест сброса на большой площади повышается на несколько градусов, что приводит к гибели расти­тельного и животного мира.

Серьезную угрозу для гидросферы таит в себе все возрастающее загрязнение Ми­рового океана нефтью. По имеющимся данным, в Мировой океан попадает около 1% транспортируемой нефти. Нефть и нефтепродукты попадают в моря и океаны с балла­стными и промывными водами судов, во время катастроф с танкерами, при авариях на морских нефтяных промыслах.

Каждая тонна нефти покрывает тонкой пленкой примерно 12 квадратных кило­метров водной поверхности и загрязняет до миллиона тонн морской воды. Нефтяная пленка вызывает гибель оплодотворенной икры, нарушает процессы фотосинтеза и вы­деления кислорода фитопланктоном, что нарушает газообмен между атмосферой и гидросферой. Загрязнение нефтью вызывает массовую гибель птиц и морских млеко­питающих (каланов, морских котиков и др.). Влияние на экосистемы выражается в из­менении видового состава сообщества, снижении численности водных организмов, ги­бели растительности. Длительность загрязнения нефтью береговой зоны зависит от геологических особенностей строения берега и может сохраняться более 10 лет.

Кроме нефти и вредных веществ, приносимых в Мировой океан загрязненными реками, большое количество их поступает из атмосферы. Ежегодно выпадает до 200 тысяч тонн свинца, 1 миллионов тонн углеводородов, 5 тысяч тонн ртути. Около половины пестицидов попадает в океан из атмосферы.

Среди продуктов промышленного производства особое место по своему отрицатель­ному воздействию на водную среду и живые организмы занимают токсичные синтетиче­ские вещества. Они находят все более широкое применение в промышленности, на транс­порте, в коммунально-бытовом хозяйстве. Концентрация этих соединений в сточных водах, как правило, составляет 5-15 мг/л при ПДК - 0,1 мг/л. Эти вещества могут образовывать в водоемах слой пены, особенно хорошо заметный на порогах, перекатах, шлюзах. Способ­ность к ценообразованию у этих веществ появляется уже при концентрации 1-2 мг/л.

К опасным загрязнителям воды относятся хлор и фосфорорганические соединения.

Человечество явно недооценивало опасность производства хлорорганической продукции. Она выпускалась в значительных количествах прежде всего как средство защиты растений, например, пестициды. Кроме того, многие хлорорганические соеди­нения (ХОС) получаются в виде побочных веществ в различных производствах, ис­пользующих хлор и его производные (например, при отбеливании бумажной пульпы хлором на целлюлозно-бумажных комбинатах).

Почти все ХОС чрезвычайно опасны для теплокровных в силу того, что они:

· высокотоксичны;

· обладают большой биологической активностью полифункционального характера;

· необычайно устойчивы в окружающей среде и живых организмах;

· способны к накоплению в пищевых цепях;

· характеризуются большим временем удержания;

· образуют стабильные и токсичные продукты распада или трансформации.

Так, например, наиболее широко распространенный в недавнем прошлом инсек­тицид ДДТ обнаружен сейчас на всех уровнях биосферы (даже в жировых тканях пин­гвинов в Антарктиде!). Его период полураспада - несколько лет. ЛД50 этого инсектици­да для мышей - 200 мг/кг массы; ПДК его в воде - 0,1 мг/л. Производство и примене­ние ДДТ в нашей стране запрещено с 1972 г., однако его вредоносные действия будут еще очень долго проявляться.

Негативное влияние на жизнь гидросферы оказывают кислотные осадки (дожди).

Даже обычный дождь в экологически чистой местности имеет подкисленную ре­акцию (pH = 5,6-6,0) за счет того, что диоксид углерода атмосферы частично растворя­ется в воде:

CO₂ + Н₂O ↔ Н⁺ + НСО₃^-.

Пагубное воздействие процессов закисления водоемов на их обитателей слагается из двух факторов:

1. Прямое воздействие. Кислоты непосредственно нарушают жизненно важные функции гидробионтов. Например, моллюски, имеющие известковые раковины, в ки­слой воде лишаются своих «покровов»:

2. Косвенное воздействие. Кислая вода с низким значением Рн (а в некоторых по­страдавших водоемах эти значения достигают 4,01) взаимодействует с донными поро­дами с высвобождением в толщу токсичных веществ, в частности содержащих кадмий и ртуть. В нейтральной воде такие вещества малорастворимы и особой опасности для гидробионтов не представляют. Например, присутствующий в донных породах нерас­творимый в нейтральной среде гидрооксид Аl(ОН)₃ дает в закисленных водах средне­токсичный ион А1³⁺:

Кислотные осадки - проблема интернациональная. Локальные выбросы серосо­держащих веществ, скажем, на северо-западе России, могут отравить озера в Финлян­дии и т.п.

Одним из наиболее распространенных видов загрязнений водоемов является ан­тропогенное нарушение теплового режима, которое нередко накладывается на неблаго­приятные климатические изменения.

Горячие воды в реки и озера сбрасывают заводы, использующие охлаждающие системы, и электростанции, охлаждающие водой турбины.

Повышение температуры воды в озере ведет к ускорению эутерофикации и изме­нениям в балансе питательных элементов. Вследствие этого может произойти даже смена флоры и фауны (появление теплолюбивых видов). На реках в зоне сбросов горя­чих вод ценные местные виды рыб гибнут или откочевывают, а появляются малоцен­ные виды, в том числе даже аквариумные - гуппи и цихлиды.

Кроме того, повышение температуры воды в водоемах вследствие теплового за­грязнения способствует усилению токсичности многих ксенобиотиков, а также их бо­лее активной трансформации.

Известна роль кислорода в жизни гидробионтов. Растворимость кислорода в воде убывает в зависимости от ее температуры.

Летом 1988 г. в Волге погибли 10 тыс. осетровых рыб в результате промышленно­го загрязнения при очень теплой погоде.

Имеются данные о максимальной температуре воды, при которой могут существо­вать отдельные типы рыб: форель - (+15 °С); окунь и щука - (+24 °С); карп - (+32 °С), зубатка - (+24 °С).