Химическое загрязнение природных вод

Содержание

 

 

 

Введение

Химическое  загрязнение природных вод.

Всякий водоем или  водный источник, река ли это, или океан  связаны с окружающей его внешней  средой. На него оказывают влияние условия формирования поверхностного или подземного водного стока, разнообразные природные явления, индустрия, промышленное и коммунальное строительство, транспорт, хозяйственная и бытовая деятельность человека. Последствием этих влияний является привнесение в водную среду новых, несвойственных ей веществ загрязнителей, ухудшающих качество воды.

Загрязнения, поступающие  в водную среду, классифицируют по разному, в зависимости от подходов, критериев  и задач. Так, обычно выделяют химическое, физическое и биологические загрязнения. Рассмотрим же химические загрязнения природных вод.

Химическое загрязнение  представляет собой изменение естественных химических свойств вода за счет увеличения содержания в ней вредных примесей которые можно разделить на два  основных типа:

1. Неорганические загрязнения:
1. тяжёлые металлы
2. минеральные соли,
3. кислоты,
4. щелочи,
5. глинистые частицы;
2. Органические загрязнения :

1. нефть и нефтепродукты,
2. органические остатки,
3. поверхностно - активные вещества,
4. пестициды;

 

 

Химическое загрязнение природных вод.

1. Неорганическое загрязнение

Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод стали многообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Большинство из них оказывается в воде вследствие человеческой деятельности. Тяжелые металлы впитываются фитопланктоном, а затем передаются по пищевой цепи более высокоорганизованным организмам.

1. Тяжелые металлы

Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк,) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу.

Отходы, содержащие ртуть, свинец, медь локализованы в отдельных  районах у берегов, однако некоторая  их часть выносится далеко за пределы  территориальных вод. Загрязнение ртутью значительно снижает первичную продукцию морских экосистем, подавляя развитие фитопланктона. Отходы, содержащие ртуть, обычно скапливаются в донных отложениях заливов или эстуариях (затопляемых устьях) рек. Дальнейшая ее миграция сопровождается накоплением метиловой ртути и ее включением в трофические цепи водных организмов.

Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий. Ртуть переносится в океан  с материковым стоком и через  атмосферу. При выветривании осадочных и изверженных пород ежегодно выделяется 13,5 тыс.т. ртути. В составе атмосферной пыли содержится около 112 тыс.т. ртути, причем значительная часть антропогенного проихождения. Около половины годового промышленного производства этого металла (910 тыс.т./год) различными путями попадает в океан. В районах, загрязняемых промышленными водами, концентрация ртути в растворе и взвесях сильно повышается. При этом некоторые бактерии переводят хлориды в высокотоксичную метилртуть. Заражение морепродуктов неоднократно приводило к ртутному отравлению прибрежного населения.

К 1977 году насчитывалось 2800 жертв болезни Миномата, причиной которой послу жили отходы предприятий  по производству хлорвинила и ацетальдегида, на которых в качестве катализатора использовалась хлористая ртуть. Недостаточно очищенные сточные воды предриятий поступали в залив Минамата. Свиней типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Наконец, свиней активно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйственной деятельности человека. Это выбросы с промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Миграционный поток свинца с континента в океан идет не только с речными стоками, но и через атмосферу. С континентальной пылью океан получает (2030)*103 т. свинца в год.

2. Неорганические кислоты и щёлочи

Кроме перечисленных  веществ, к опасным заразителям  водной среды можно отнести неорганические кислоты и основания(щёлочи), обуславливающие широкий диапазон рН промышленных стоков ( 11,0 11,0) и способных изменять рН водной среды до значений 15,0 или выше 18,0 , тогда как рыба в пресной и морской воде может существовать только в интервале рН 5,0 8,5 . Среди основных источников загрязнения гидросферы минеральными веществами и биогенными элементами следует упомянуть предприятия пищевой промышленности и сельское хозяйство. 

2. Органическое загрязнение.

Среди вносимых в океан  с суши растворимых веществ, большое значение для обитателей водной среды имеют не только минеральные, биогенные элементы, но и органические остатки. Вынос в океан органического вещества оценивается в 1300 380 млн.т./год.

Сточные воды, содержащие суспензии органического происхождения или растворенное органическое вещество, пагубно влияют на состояние водоемов. Осаждаясь, суспензии заливают дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность данных микроорганизмов, участвующих в процесс самоочищения вод.

При гниении данных осадков  могут образовываться вредные соединения и отравляющие вещества, такие  как сероводород, которые приводят к загрязнению всей воды в реке.

Наличие суспензий затрудняют также проникновение света в  глубь воды и замедляет процессы фотосинтеза. Одним из основных санитарных требований, предъявляемых к качеству воды, является содержание в ней необходимого количества кислорода. Вредное действие оказывают все загрязнения, которые так или иначе содействуют снижению содержания кислорода в воде.

Поверхностно активные вещества жиры, масла, смазочные материалы  образуют на поверхности воды пленку, которая препятствует газообмену между  водой и атмосферой, что снижает  степень насыщенности воды кислородом. Значительный объем органических веществ, большинство из которых не свойственно природным водам, сбрасывается в реки вместе с промышленными и бытовыми стоками. Нарастающее загрязнение водоемов и водостоков наблюдается во всех промышленных странах.

 

Информация о содержании некоторых органических веществ в промышленных сточных водах предоставлена ниже:

 

Загрязняющие вещества количество в мировом стоке млн.т./год

Нефтепродукты	26,56
Фенолы	0,46
Отходы производств  Синтетических волокон	5,5
Растительные органические остатки	0,17
Всего	33,27

 

В связи с быстрыми темпами урбанизации и несколько  замедленным строительством очистных сооружений или их неудовлетворительной эксплуатацией водные бассейны и  почва загрязняются бытовыми отходами. Особенно ощутимо загрязнение в  водоемах с замедленным течением или непроточных (водохранилища, озера). Разлагаясь в водной среде, органические отходы могут стать средой для патогенных организмов.

Вода, загрязненная органическими  отходами, становится практически непригодной  для питья и других надобностей. Бытовые отходы опасны не только тем, что являются источником некоторых болезней человека (брюшной тиф, дизентерия, холера), но и тем, что требуют для своего разложения много кислорода. Если бытовые сточные воды поступают в водоем в очень больших количествах, то содержание растворимого кислорода может понизится ниже уровня, необходимого для жизни морских и пресноводных организмов.

1. Нефть и нефтепродукты

Нефть представляет собой  вязкую маслянистую жидкость, имеющую  темнокоричневый цвет и обладающую слабой флуорисценцией. Нефть состоит преимущественно из насыщенных алифатических и гидроароматических углеводородов. Основные компоненты нефти углеводороды (до 98%) подразделяются на 4 класса:

а) Парафины (алкены). до 90% от общего состава) устойчивые вещества, молекулы которых выражены прямой и разветвленной цепью атомов углерода. Легкие парафины обладают максимальной летучестью и растворимостью в воде.

б) Циклопарафины. ( 30 60% от общего состава) насыщенные циклические  соединения с 56 атомами углерода в  кольце. Кроме циклопентана и циклогексана в нефти встречаются бициклические и полициклические соединения этой группы. Эти соединения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению.

в) Ароматические углеводороды. (20 40% от общего состава)  ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, со держащие в кольце на 6 атомов углерода меньше, чем циклопарафины. В нефти присутствуют летучие соединения с молекулой в виде одинарного кольца (бензол, толуол, ксилол), затем бициклические (нафталин), полуциклические (пирен).

г) Олефины (алкены). (до 10% от общего состава) ненасыщенные, не циклические соединения с одним или двумя атомами водорода у каждого атома углерода в молекуле, имеющей прямую или разветвленную цепь.

Нефть и нефтепродукты  являются наиболее распространенными  загрязняющими веществами в Мировом океане. К началу 180ых годов в океан ежегодно поступало около 16 млн.т. нефти, что составляло 10,23% мировой добычи. Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод, все это обуславливает присутствие постоянных полей загрязнения на трассах морских путей.

В период за 1962-79 годы в  результате аварий в морскую среду  поступило около 12 млн. т. нефти. За 16 последние 130 лет, начиная с 1964 года, пробурено около 12000 скважин в Мировом океане, из них только в Северном море 1000 и 1350 промышленных скважин оборудовано. Из-за незначительных утечек ежегодно теряется 10,1 млн.т. нефти. Большие массы нефти поступают в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками. Объем загрязнений из этого источника составляет 12,0 млн.т./год.

Со стоками промышленности ежегодно попадает 10,5 млн.т. нефти. Попадая  в морскую среду, нефть сначала  растека ется в виде пленки, образуя  слои различной мощности. Нефтяная пленка изменяет состав спектра и интенсивность проникновения в воду света. Пропускание света тонкими пленка ми сырой нефти составляет 1-10% (280 нм), 60-70% (400нм). Пленка толщиной 13-40 мкм полностью поглощает инфракрасное излучение. Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую "нефть в воде" и обратную "вода в нефти"

Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 10,5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефтей, содержащих поверхностн - оактивные вещества. При удалении летучих фракций, нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности, переноситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно.

Ежегодно в Мировой  океан по тем или иным причинам сбрасывается от 2 до 10 млн. т нефти. Аэрофотосъемкой со спутников зафиксировано, что уже почти 30% поверхности океана покрыто нефтяной пленкой. Особенно загрязнены воды Средиземного моря, Атлантического океана и их берега.

При концентрации нефтепродуктов в воде 0,05 – 0,1 мг/л гибнет планктон, погибают мальки многих видов, при 10 – 15 мг/л гибнет взрослая рыба, при 0,05 – 0,5 мг/л и более рыба приобретает “керосиновый” запах и становится непригодной к пище.

Литр нефти лишает кислорода, столь необходимого рыбам, 40 тыс. л морской воды. Тонна нефти загрязняет 12 км2 поверхности океана. Икринки многих рыб развиваются в приповерхностном слое, где опасность встречи с нефтью весьма велика. При достаточно высокой концентрации нефти (0,1-0,01 мл/л) икринки погибают за несколько суток. На 1 га морской поверхности может погибнуть более 100 млн. личинок рыб, если имеется нефтяная пленка. Чтобы ее получить, достаточно вылить 1 л нефти.

Загрязнение океана углеводородами нефти  является основной причиной гибели птиц, что особенно наглядно проявляется  при авариях танкеров.

Попавшая в воду нефть  после улетучивания легких фракций  подвергается биологическому разложению под действием аэробных бактерий до безвредных веществ. В водной среде  самоочищение происходит при наличии  достаточного количества кислорода  и только при положительных температурах (выше 100С). Процесс бактериального воздействия длится в течение многих недель или месяцев, после чего остаточные продукты разложения, многие из которых токсичны, накапливаются и образуют частицы битума неправильной формы диаметром от 0,1 до 10 см, дрейфующие по поверхности океана. Наши дни практически во всех районах Мирового океана можно найти следы биологического разложения нефти. Среднее количество частиц битума в Атлантическом океане составляет 1 мг/м2, а в Средиземном море – 20 мг/м2.