Самопочистващ се. Основните процеси на самопречистване на водата във водно тяло

Едно от най-ценните свойства на природните води е способността им да се самопречистват. Самопречистването на водите е тяхното възстановяване природни свойствав реки, езера и други водоеми, възникващи естествено в резултат на взаимосвързани физикохимични, биохимични и други процеси (турбулентна дифузия, окисление, сорбция, адсорбция и др.). Способността на реките и езерата да се самопречистват е тясно свързана с много други природни фактори, по-специално физико-географските условия, слънчевата радиация, активността на микроорганизмите във водата, влиянието на водната растителност и особено хидрометеорологичния режим. Най-интензивно самопречистване на водата във водоеми и потоци се извършва в топъл периодгодини, когато биологичната активност във водните екосистеми е най-голяма. Тече по-бързо по реките с бърз токи гъсти гъсталаци от тръстика, тръстика и опашка по бреговете им, особено в горската степ и степни зонидържави. Пълната смяна на водата в реките отнема средно 16 дни, блатата - 5 години, езерата - 17 години.

Намаляването на концентрацията на замърсяващи водни тела не е така органична материявъзниква чрез неутрализиране на киселини и алкали поради естественото буфериране на природните води, образуването на слабо разтворими съединения, хидролиза, сорбция и утаяване. Концентрацията на органични вещества и тяхната токсичност се намаляват поради химично и биохимично окисляване. Тези природни методи на самопречистване са отразени в приетите методи за пречистване на замърсени води в промишлеността и селското стопанство.

Да поддържа във водоеми и водни течения необходимите естествено качествоводи от голямо значение е разпространението на водната растителност, която играе ролята на своеобразен биофилтър в тях. Високата почистваща сила на водните растения се използва широко в много промишлени предприятия както у нас, така и в чужбина. За това се създават различни изкуствени утаителни резервоари, в които се засажда езерна и блатна растителност, която добре почиства замърсената вода.

През последните години изкуствената аерация стана широко разпространена - един от ефективните начини за пречистване на замърсени води, когато процесът на самопречистване рязко намалява при недостиг на разтворен във водата кислород. За целта се монтират специални аератори в резервоари и потоци или в аерационни станции преди изхвърлянето на замърсената вода.

Опазване на водните ресурси от замърсяване.

Сигурност водни ресурсие да се забрани изхвърлянето на непречистена вода във водни тела и потоци, да се създадат зони за защита на водите, да се насърчат процесите на самопречистване във водните тела, да се запазят и подобрят условията за образуване на повърхностен и подпочвен отток във водосборите.

Преди няколко десетилетия реките, благодарение на своята самопречистваща функция, се справяха с пречистването на водата. Сега, в най-населените райони на страната, в резултат на изграждането на нови градове и промишлени предприятия, местата за използване на вода са разположени толкова гъсто, че често местата за изхвърляне на отпадъчни води и водоприемници са практически наблизо. Поради това разработването и внедряването на ефективни методи за пречистване и последващо третиране на отпадъчни води, пречистване и неутрализиране на чешмяна вода получава все повече и повече внимание. В някои предприятия операциите, свързани с водата, играят все по-важна роля. Особено високи са разходите за водоснабдяване, пречистване и обезвреждане на отпадъчни води в целулозно-хартиената, минната и нефтохимическата промишленост.

Последователното пречистване на отпадъчни води в съвременните предприятия включва първично, механично пречистване (отстраняват се лесно утаяващите се и плаващи вещества) и вторично, биологично (отстраняват се биологично разградимите органични вещества). В този случай се извършва коагулация - за утаяване на суспендирани и колоидни вещества, както и фосфор, адсорбция - за отстраняване на разтворени органични вещества и електролиза - за намаляване на съдържанието на разтворени вещества от органичен и минерален произход. Дезинфекцията на отпадъчните води се извършва чрез тяхното хлориране и озониране. Важен елемент от технологичния процес на почистване е отстраняването и дезинфекцията на образуваната утайка. В някои случаи крайната операция е дестилацията на водата.

Най-модерните съвременни пречиствателни съоръжения осигуряват освобождаването на отпадъчните води от органични замърсявания само с 85-90%, а само в някои случаи - с 95%. Ето защо дори след почистване е необходимо те да се разреждат 6-12 пъти, а често и повече. чиста водаза запазване на нормалното функциониране на водните екосистеми. Факт е, че естественият капацитет на самопочистване на резервоарите и потоците е много малък. Самопречистване има само ако заустваните води са напълно пречистени, а във водоема са разредени с вода в съотношение 1:12-15. Ако обаче големи количества отпадъчни води попаднат в резервоари и водни течения, още повече непречистени, стабилният естествен баланс на водните екосистеми постепенно се губи и нормалното им функциониране се нарушава.

Напоследък все по-ефективни методи за пречистване и последващо третиране на отпадъчни води след тяхното биологично третиранеизползване на най-новите методи за пречистване на отпадъчни води: радиация, електрохимични, сорбционни, магнитни и др. Подобряването на технологията за пречистване на отпадъчните води, по-нататъшното повишаване на степента на пречистване са най-важните задачи в областта на защитата на водите от замърсяване.

Трябва да се използва много по-широко последващото третиране на пречистените отпадъчни води в земеделските напоителни полета. При последващото третиране на отпадъчни води в ZPO не се изразходват средства за тяхното промишлено последващо третиране, създава се възможност за получаване на допълнителни селскостопански продукти, водата се спестява значително, тъй като приемът на прясна вода за напояване се намалява и има няма нужда да харчите вода за разреждане на отпадъчни води. Когато се използват в WPO, градските отпадъчни води, съдържащите се в тях хранителни вещества и микроелементи се усвояват от растенията по-бързо и по-пълно от изкуствените минерални торове.

Предотвратяването на замърсяването на водните тела с пестициди и пестициди също е една от важните задачи. Това изисква ускоряване на прилагането на противоерозионни мерки, създаване на пестициди, които да се разлагат за 1-3 седмици, без да се запазват токсични остатъци в културата. До решаването на тези въпроси е необходимо да се ограничи земеделското използване на крайбрежните зони покрай водните течения или да не се използват пестициди в тях. Създаването на водозащитни зони също изисква повече внимание.

За опазване на водоизточниците от замърсяване голямо значение има въвеждането на такса за заустване на отпадъчни води, създаването на интегрирани районни схеми за водопотребление, водоотвеждане и пречистване на отпадъчните води и автоматизирането на контрола на качеството на водата във водоизточниците. Трябва да се отбележи, че интегрираните районни схеми позволяват преминаване към повторно използване и повторно използване на водата, експлоатацията на общи за района пречиствателни съоръжения, както и автоматизиране на процесите на управление на работата на водоснабдяването и канализацията.

За предотвратяване на замърсяването на природните води ролята на опазването на хидросферата е важна, тъй като отрицателните свойства, придобити от хидросферата, не само променят водната екосистема и имат депресиращ ефект върху нейните хидробиологични ресурси, но също така унищожават сухоземните екосистеми, нейните биологични системи, както и литосферата.

Трябва да се подчертае, че една от радикалните мерки за борба със замърсяването е преодоляването на вкоренената традиция водоемите да се разглеждат като приемници на отпадъчни води. Когато е възможно, водовземането или изхвърлянето на отпадъчни води трябва да се избягва в едни и същи потоци и резервоари.

Сигурност атмосферен въздухи почвата.

специално защитени природни зони. Защита на животните и флора.

ефективна форма опазване на природните екосистеми, както и биотичните общности са специално защитени природни територии. Те ви позволяват да запазите стандарти (проби) от недокоснати биогеоценози и не само в някои екзотични, редки места, но и във всички типични природни зони на Земята.

Да се специално защитени природни територии(SPNA) включва зони от земна или водна повърхност, които поради тяхното екологично и друго значение са напълно или частично изтеглени от стопанска употреба с решения на правителството.

Законът за защитените територии, приет през февруари 1995 г., установи следните категории на тези територии: а) държавни природни резервати, вкл. биосферен; б) национални паркове; в) природни паркове; г) държавни природни резервати; д) природни паметници; е) дендрологични паркове и ботанически градини.

резерва- това е пространство (територия или водна зона), специално защитено от закона, което е напълно изтеглено от нормална стопанска употреба, за да се запази природният комплекс в естественото му състояние. В резерватите са разрешени само научни, охранителни и контролни дейности.

Днес в Русия има 95 природни резервата с обща площ от 310 хиляди квадратни метра. km, което е около 1,5% от цялата територия на Русия. За да се неутрализира техногенното въздействие на прилежащите територии, особено в райони с развита промишленост, около резерватите се създават защитени територии.

Биосферните резервати (БР) изпълняват четири функции: опазване на генетичното разнообразие на нашата планета; провеждане на научни изследвания; проследяване на фоновото състояние на биосферата (мониторинг на околната среда); екологично образование и международно сътрудничество.

Очевидно функциите на БР са по-широки от функциите на всеки друг вид защитени природни територии. Те служат като един вид международни стандарти, стандарти на околната среда.

Сега на Земята е създадена единна глобална мрежа от повече от 300 биосферни резервата (11 в Русия). Всички те работят по съгласуваната програма на ЮНЕСКО, като провеждат постоянен мониторинг на промените в природната среда под въздействието на антропогенната дейност.

национален парк- обширна територия (от няколко хиляди до няколко милиона хектара), която включва както напълно защитени територии, така и територии, предназначени за определени видове стопанска дейност.

Целите на създаването национални парковеса: 1) екологични (опазване на естествените екосистеми); 2) научни (разработване и прилагане на методи за опазване на природния комплекс в условия на масов прием на посетители) и 3) рекреационни (регулиран туризъм и отдих на хората).

В Русия има 33 национални парка с обща площ от около 66,5 хиляди квадратни метра. км.

Природен парк- територия, която има особена екологична и естетическа стойност и се използва за организиран отдих на населението.

резерва- природен комплекс, който е предназначен за опазване на един или повече видове животни или растения с ограничено използване на други. Има ландшафтни, горски, ихтиологични (рибни), орнитологични (птици) и други видове резервати. Обикновено след възстановяване на гъстотата на популацията на защитени видове животни или растения, резерватът се закрива и се разрешава един или друг вид стопанска дейност. Днес в Русия има повече от 1600 държавни природни резервата с обща площ над 600 хиляди квадратни метра. км.

природен паметник- индивидуален природни обекти, които са уникални и невъзпроизводими, имат научна, естетическа, културна или образователна стойност. Това могат да бъдат много стари дървета, които са били „свидетели“ на някои исторически събития, пещери, скали, водопади и др. В Русия има около 8 хиляди от тях, докато на територията, където се намира паметникът, всяка дейност, която може да ги унищожи е забранено.

Дендрологичните паркове и ботаническите градини са създадени от човека колекции от дървета и храсти, за да се запази биоразнообразието и да се обогати флората, както и в интерес на науката, обучението и културната и образователна работа. Те често извършват работа, свързана с въвеждането и аклиматизацията на нови растения.

За нарушаване на режима на специално защитени природни територии руското законодателство установява административна и наказателна отговорност. В същото време учените и експертите силно препоръчват значително увеличаване на площта на специално защитените територии. Така например в Съединените щати площта на последния е повече от 7% от територията на страната.

Решаването на екологичните проблеми и следователно перспективите за устойчиво развитие на цивилизацията до голяма степен се свързват с компетентното използване на възобновяеми ресурси и различни функции на екосистемите и тяхното управление. Това направление е най-важният начин за достатъчно продължително и относително неизчерпаемо използване на природата, съчетано със запазването и поддържането на стабилността на биосферата и следователно на околната среда.

Всеки вид е уникален. Съдържа информация за развитието на флората и фауната, която има голямо научно и приложно значение. Тъй като всички възможности за използване на даден организъм в дългосрочен план често са непредвидими, целият генофонд на нашата планета (с изключение може би на някои патогенни организми, опасни за хората) е обект на строга защита. Необходимостта от опазване на генофонда от гледна точка на концепцията за устойчиво развитие („коеволюция”) е продиктувана не толкова от икономически, колкото от морално-етични съображения. Само човечеството няма да оцелее.

Полезно е да си припомним един от екологичните закони на Б. Комонър: „Природата знае най-добре!“ Доскоро възможностите за използване на генофонда на животни, които бяха непредвидени, сега се демонстрират от биониката, благодарение на която има многобройни подобрения в инженерните структури, основани на изследването на структурата и функциите на органите на дивите животни. Установено е, че някои безгръбначни (мекотели, гъби) имат способността да натрупват голямо количество радиоактивни елементи и пестициди. В резултат на това те могат да бъдат биоиндикатори за замърсяване на околната среда и да помогнат на хората да решат този важен проблем.

Опазване на растителния генофонд.Битие интегрална частОт общия проблем за опазване на OPS, опазването на растителния генофонд е набор от мерки за запазване на цялото видово разнообразие от растения - носители на наследственото наследство на продуктивни или научно или практически ценни свойства.

Известно е, че под влияние на естествения подбор и чрез половото размножаване на индивидите в генофонда на всеки вид или популация се натрупват най-полезните за вида свойства; те са в генни комбинации. Следователно задачите за използване на естествената флора са от голямо значение. Нашите съвременни зърнени, плодови, зеленчукови, ягодоплодни, фуражни, индустриални, декоративни култури, чиито центрове на произход са установени от нашия изключителен сънародник Н.И. Вавилов, водят своята генеалогия или от диви предци, или са творения на науката, но базирани на естествени генни структури. Чрез използването на наследствените свойства на дивите растения са получени напълно нови видове полезни растения. Чрез хибридна селекция са създадени многогодишни житни и зърнено-фуражни хибриди. Според учените около 600 вида диви растения могат да се използват при селекцията на селскостопански култури от флората на Русия.

Опазването на генофонда на растенията се осъществява чрез създаване на резервати, природни паркове, ботанически градини; формиране на генофонд от местни и интродуцирани видове; изучаване на биологията, екологичните потребности и конкурентоспособността на растенията; екологична оценка на местообитанието на растенията, прогнози за бъдещите му промени. Благодарение на резерватите са запазени борове Pitsunda и Eldar, шам фъстък, тис, чемшир, рододендрон, женшен и др.

Опазване на генофонда на животните.Промяната в условията на живот под въздействието на човешката дейност, съпроводена с пряко преследване и унищожаване на животните, води до тяхното изчерпване. видов състави намаляване на изобилието на много видове. През 1600г на планетата е имало приблизително 4230 вида бозайници, до наше време 36 вида са изчезнали, а 120 вида са застрашени от изчезване. От 8684 вида птици 94 са изчезнали, а 187 са застрашени. Ситуацията с подвидовете не е по-добра: от 1600 г. насам са изчезнали 64 подвида бозайници и 164 подвида птици, 223 подвида бозайници и 287 подвида птици са застрашени.

Защита на човешкия генофонд.За това са създадени различни научни направления, като:

1) екотоксикология- раздел на токсикологията (наука за отровите), който изучава състава на съставките, характеристиките на разпространение, биологичните ефекти, активирането, дезактивирането на вредните вещества в околен свят;

2) медицинско генетично консултиранев специални лечебни заведения за определяне на характера и последствията от действието на екотоксикантите върху генетичния апарат на човека с цел раждане на здраво потомство;

3) скрининг- селекция и изследване за мутагенност и канцерогенност на факторите на околната среда (човешката среда).

Патология на околната среда- учението за човешките заболявания, при възникването и развитието на които водеща роля играят неблагоприятните фактори на околната среда в комбинация с други патогенни фактори.

Основни направления на опазване на околната среда.

Регулиране на качеството на околната среда. Опазване на атмосферата, хидросферата, литосферата, биотичните съобщества. Екозащитна техника и технологии.

Самопречистване на водни тела

Между компонентите на водната екосистема в процеса на нейното функциониране се осъществява непрекъснат обмен на вещества и енергия. Този обмен е цикличен различни степениизолация, придружена от трансформация на органични вещества, по-специално феноли под въздействието на физични, химични и биологични фактори. В хода на трансформацията сложните органични вещества могат постепенно да се разлагат на прости, а простите вещества могат да се синтезират в сложни. В зависимост от интензивността на външното въздействие върху водната екосистема и естеството на процесите, или водната екосистема се възстановява до фоновите условия (самопречистване), или водната екосистема преминава към друга стабилно състояние, които ще се характеризират с различни количествени и качествени показатели на биотични и абиотични компоненти. Ако външното въздействие надхвърли възможностите за саморегулиране на водната екосистема, тя може да бъде унищожена.

Самопречистването на природните води се извършва поради участието на вода, идваща от външни източницивещества в непрекъснато протичащи процеси на трансформация, в резултат на което получените вещества се връщат в резервния им фонд.

Трансформацията на веществата е резултат от различни едновременно протичащи процеси, сред които могат да се разграничат физически, химични и биологични механизми. Стойността на приноса на всеки от механизмите зависи от свойствата на примесите и характеристиките на конкретна екосистема.

Биохимично самопречистване.

Биохимичното самопречистване е следствие от трансформацията на веществата, извършвана от хидробионтите. По правило биохимичните механизми имат основен принос в процеса на самопречистване и само когато водните организми са инхибирани (например под въздействието на токсични вещества), физикохимичните процеси започват да играят по-значима роля. Биохимичната трансформация на органичните вещества възниква в резултат на включването им в хранителните мрежи и се извършва по време на процесите на производство и разрушаване.

Особено важна роляиграе ролята на първично производство, тъй като определя по-голямата част от вътрешноводните процеси. Основният механизъм на новообразуване на органична материя е фотосинтезата. В повечето водни екосистеми фитопланктонът е основен първичен производител. В процеса на фотосинтеза енергията на Слънцето директно се трансформира в биомаса. Страничен продукт от тази реакция е свободният кислород, образуван при фотолизата на водата. Наред с фотосинтезата в растенията протичат процеси на дишане с консумация на кислород.

Химически механизми на самопречистване.

Фотолизата е трансформация на молекули на вещество под действието на светлината, която те абсорбират. Частни случаи на фотолиза са фотохимичната дисоциация - разпадането на частиците на няколко по-прости и фотойонизацията - превръщането на молекулите в йони. от обща сума слънчева радиацияоколо 1% се използва във фотосинтезата, от 5% до 30% се отразява от водната повърхност. Основната част от слънчевата енергия се превръща в топлина и участва във фотохимични реакции. Най-ефективната част от слънчевата светлина е ултравиолетовата радиация. Ултравиолетовото лъчение се абсорбира във воден слой с дебелина около 10 cm, но поради турбулентно смесване може да проникне и в по-дълбоките слоеве на водните тела. Количеството вещество, подложено на фотолиза, зависи от вида на веществото и неговата концентрация във вода. От веществата, влизащи във водни тела, хумусните вещества са обект на относително бързо фотохимично разлагане.

Хидролизата е йонообменна реакция между различни вещества и вода. Хидролизата е един от водещите фактори в химичната трансформация на органичните вещества във водоемите. Количествената характеристика на този процес е степента на хидролиза, която се разбира като отношение на хидролизираната част от молекулите към общата концентрация на сол. За повечето соли той е няколко процента и се увеличава с увеличаване на разреждането и температурата на водата. Органичните вещества също подлежат на хидролиза. В този случай хидролитичното разцепване най-често се осъществява чрез връзката на въглероден атом с други атоми.

Един от ефективните начини за самопречистване е трансформацията на замърсител поради редокс реакции при взаимодействие с редокс компоненти. водна среда.

Възможността за Red-Ox трансформации в системата се характеризира със стойността на нейния редокс потенциал (Eh). Стойността E h на естествените води се влияе от свободните O 2 , H 2 O 2 , Fe 2+ , Fe 3+ , Mn 2+ , Mn 4+ , H + , органични съединения и други "потенциално определящи компоненти" . В естествени води E h обикновено варира от +0,7 до -0,5V. Повърхностните и подпочвените води, наситени с кислород, най-често се характеризират с E h интервал от +0,150 до +0,700V. Проучванията показват, че в процесите на самопречистване на естествени водни тела от феноли важна роля играят редокс трансформациите с участието на H 2 O 2 от естествен произход и метални йони с променлива валентност, присъстващи във водните тела. В естествената вода стационарната концентрация на H 2 O 2 е в диапазона 10 -6 - 10 -4 mol/l. Водородният прекис се образува в резултат на фотохимични и окислителни процеси с участието на молекулярен кислород в хомогенна среда. Тъй като разпадането на H 2 O 2 определя главно каталитичните количества метални йони и слънчева светлинаскоростта му е почти независима от първоначалната концентрация.

Физически механизми на самопречистване.

Газообмен на границата "атмосфера-вода". Благодарение на този процес вещества, които имат резервен фонд в атмосферата, влизат във водния обект и връщат тези вещества от водния обект в резервния фонд. Един от важните специални случаи на газообмен е процесът на атмосферна реаерация, поради което значителна част от кислорода навлиза във водното тяло. Интензивността и посоката на газообмена се определят от отклонението на концентрацията на газ във водата от концентрацията на насищане C. Концентрацията на насищане зависи от естеството на веществото и физическите условия в водно тяло- температура и налягане. При концентрации, по-големи от C, газът излиза в атмосферата, а при концентрации, по-малки от C s, газът се абсорбира от водната маса.

Сорбцията е абсорбцията на примеси от суспендирана материя, дънни утайки и повърхности на тела на хидробионти. Най-енергично се сорбират колоидните частици и органичните вещества, като феноли, които са в недисоциирано молекулно състояние. Процесът се основава на явлението адсорбция. Скоростта на натрупване на вещество на единица маса от сорбента е пропорционална на неговата ненаситеност по отношение на дадено вещество и концентрацията на веществото във вода и е обратно пропорционална на съдържанието на веществото в сорбента.

Утаяване и ресуспендиране. Водните тела винаги съдържат определено количество суспендирани твърди вещества от неорганични и органичен произход. Седиментацията се характеризира със способността на суспендираните частици да падат на дъното под действието на гравитацията. Процесът на преминаване на частици от дънни седименти в суспендирано състояние се нарича повторно суспендиране. Възниква под действието на вертикалната компонента на скоростта на турбулентния поток.

По този начин сорбционните и редокс процесите играят важна роля в самопречистването на естествените резервоари.

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

Сред физичните 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 бързото течение на реките. Допринася за самопречистването на водните тела чрез утаяване на дъното на неразтворими утайки, както и утаяване на замърсени води. В райони с умерен климатреката се самопречиства след 200-300 км от мястото на замърсяване, а на Краен север- след 2 хиляди км.

Дезинфекцията на водата се извършва под въздействието на ултравиолетовото лъчение от слънцето. Ефектът на дезинфекция се постига чрез директния разрушителен ефект на ултравиолетовите лъчи върху протеиновите колоиди и ензимите на протоплазмата на микробните клетки, както и върху споровите организми и вируси.

От химичните фактори на самопречистването на водните тела трябва да се отбележи окисляването на органични и неорганични вещества. Самопречистването на водно тяло често се оценява по отношение на лесно окисляващите се органични вещества или по отношение на общото съдържание на органични вещества.

Санитарният режим на резервоара се характеризира преди всичко с количеството разтворен в него кислород. Трябва да победи 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 водоеми, използвани за питейна вода на предприятия, вторият - използвани за плуване, спортни мероприятия, както и тези, които се намират в границите на населените места.

Да се биологични факторисамопречистването на резервоара включва 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 водоемиможе да се разглежда като процес на самозамърсяване.

Представителите на животинския свят също могат да допринесат за самопречистването на водните тела от бактерии и вируси. По този начин стридите и някои други амеби адсорбират чревни и други вируси. Всяко мекотело 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 резервоар, ефективен контролРазвитието на различни живи организми, които го обитават, може да постигне положителни резултати, да осигури прозрачност и висока биологична продуктивност на реките, езерата и резервоарите.

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

многоетапен процес, понякога простиращ се за дълго време- самопочистване от масло. AT природни условиякомплексът от физически процеси на самопречистване на вода от нефт се състои от редица компоненти: изпарение; утаяване на буци, особено тези, претоварени с утайка 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 конкретен вид масло (плътност, вискозитет, коеф. топлинно разширение), наличието на колоиди във водата, суспендирани и увлечени частици планктон и др., температурата на въздуха и от слънчевата светлина.

Замърсяването, постъпващо във водоема, води до нарушаване на естествения баланс в него. Способността на резервоара да устои на това смущение, да се освободи от въведеното замърсяване, е същността на процеса на самопречистване.

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

Сред физичните 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 изпарението е важен процес.

Между химични факторисамопречистване на резервоари водеща роляучаства в окисляването на органични и неорганични вещества. Окисляването се извършва във водата с участието на разтворен в нея кислород, следователно, колкото по-високо е съдържанието му, толкова по-бързо и по-добре протича процесът на минерализация на органичните остатъци и самопречистването на резервоара. При силно замърсяване на резервоара запасите от разтворен кислород бързо се изразходват и 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 природните водата неутрализира киселините, а въглеродната киселина, разтворена във вода, неутрализира основите.

Под въздействието на ултравиолетовото лъчение на слънцето в повърхностните слоеве на резервоара се случва фоторазлагане на някои химикали, като ДДТ, и дезинфекция на водата - смъртта на патогенни бактерии. Бактерицидното действие на ултравиолетовите лъчи се обяснява с влиянието им върху протоплазмата и ензимите на микробните клетки, което причинява тяхната смърт. Ултравиолетовите лъчи имат вредно въздействие върху вегетативните форми на бактериите, гъбичните спори, протозойните цисти и вирусите.

Всяко водно тяло е сложно жива системакъдето живеят бактерии, водорасли, висши водни растения, различни безгръбначни. Процесите на метаболизъм, биоконцентрация, биоразграждане водят до промяна в концентрацията на замърсителите. Биологичните фактори за самопречистване на резервоара също включват водорасли, плесени и дрожди, но в някои случаи масово развитиесиньо-зелените водорасли в изкуствени водоеми могат да се разглеждат като процес на самозамърсяване. Представителите 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. Всяко мекотело филтрира повече от 30 литра вода на ден. Обикновената тръстика, теснолистната тръстика, езерната тръстика и други макрофити са способни да абсорбират от водата не само относително инертни съединения, но и физиологично активни веществакато 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. Когато органичната материя се разгражда, се образуват въглероден диоксид и вода, както и нитрати, сулфати и фосфати. Биологичното самопречистване е основната връзка в процеса и се разглежда като едно от проявленията на биотичния цикъл в резервоара.

Приносът на отделните процеси към 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 хлорорганични пестициди, радионуклиди и др.), самопречистването има привиден характер, тъй като само преразпределението и диспергирането на замърсителя в околната среда възниква, замърсяване на съседни обекти към тях. Намаляването на концентрацията им във водата се дължи на разреждане, отстраняване, сорбция, биоакумулиране. По отношение на биогенните вещества най-важни са биохимичните процеси. За водоразтворимите вещества, които не участват в биологичен цикълважни са 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 с участието на 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), съдържанието на азот и фосфор. Оптимална температураза протичане на процесите на биоразграждане е 25-30ºС. Голямо значениеза жизнената активност на микроорганизмите има реакция на околната среда, която влияе върху хода на ензимните процеси в клетката, както и промяна в степента на проникване на хранителни 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.

Задача номер 6

ПРОЦЕСИ НА САМОПРЕЧИСТВАНЕ НА ПРИРОДНИТЕ ВОДИ

1 ВИДОВЕ ЗАМЪРСЯВАНЕ И ТЕХНИТЕ ЕФЕКТИ

(КАНАЛИ ЗА САМОПОЧИСТВАЩА СЕ ВОДНА СРЕДА)

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

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

един). Консервиращи вещества - неразградими или биоразградими много бавно . Това са минерални соли, хидрофобни съединения като хлорорганични пестициди, нефт и нефтопродукти. Намаляването на концентрацията на консервативни вещества при увреждане на водата се дължи само на разреждане, физически процеси на масов трансфер, 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 нея.

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

В този случай самопречистването на водната среда възниква поради биохимични процеси.

3). Водоразтворимите вещества, които не участват в биологичния цикъл, влизайки във водни тела и потоци от антропогенни източници, често са токсични. Самопречистването на водната среда от тези вещества се осъществява главно поради тяхната химична 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, изпарение, сорбция (от суспендирани частици и дънни утайки), биоакумулиране;

– микробиологична трансформация;

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

2 РАЗРЕЖДАНЕ НА САТ ПРИ ИЗПУСКАНЕ НА ОТПАДНИ ВОДИ

ОТ ВОДОПРЕЧИСТВАТЕЛНИ СЪОРЪЖЕНИЯ

Масата на замърсителите в отпадъчните води е равна на масата на замърсителите в смесения поток (отпадъчни води + води от водния поток). 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, които трябва да бъдат заустени във водното течение, m3/s

γ - съотношение на смесване

Q е средномесечният дебит на водното течение, m3/s;

Cf е фоновата концентрация на замърсители във водното течение (установена по дългогодишни наблюдения), g/m3 (mg/dm3);

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

От уравнението на материалния баланс може да се намери концентрацията на замърсители във водния поток след разреждане:

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

L е разстоянието по фарватера на водното течение (фарватерът е най-дълбоката ивица на дадено водно тяло) от точката на изпускане до контролната точка, m;

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

където ξ е коефициент в зависимост от местоположението на изхода на отпадъчните води във водното течение: ξ = 1 за изход близо до брега, ξ = 1,5 при пускане в фарватера;

φ е коефициентът на изкривяване на водното течение, т.е. съотношението на разстоянието между разглежданите участъци на водното течение по 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 вещество А в сорбционния слой и във водната фаза;

γc, γw са коефициентите на активност на вещество 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 вещество А (константа на равновесие

AB ↔ AC изразено като концентрации).

Тогава за относително постоянен факторактивност 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 твърдо органично вещество - 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 дадено 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 се отнася за много класове органични съединения, включително въглеводороди, халогенирани въглеводороди, ароматни киселини, органохлорни пестициди, хлорирани бифенили.

В естествените сорбенти органичните вещества съставляват 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) – масова часторганични вещества в сорбента.

В този случай съотношението 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 откритите водоеми 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 разтворимост във вода 10-3 mol/l е един от основните процеси на отстраняване химическиот водната фаза. Тези вещества включват органохлорни пестициди, полихлорирани бифенили, PAHs. Тези съединения са слабо разтворими във вода и имат големи стойностиМонтаж (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 протичане на процесите на биоразграждане на замърсителите 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 (замърсител), . Тук keff е константата на скоростта на биолизата, .m е биомасата на микроорганизмите или размера на популацията.

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

При интегриране на кинетичното уравнение на реакция 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) ;

– текуща 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 стойност на БПК в уравнението, получаваме:

Нека означим kB/2,303 = k*, където k* е биохимичната окислителна константа (има размерността на реакционната константа от първи ред - ден-1). Когато потенцираме уравнението, имаме уравнение, свързано с BODtot. и BODτ, в експоненциална форма:

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

В естествени условия на средни ширини, в резултат на микробиологични процеси, алканите с нормална структура се разлагат най-бързо (с 60-90% за три седмици). Разклонените алкани и циклоалкани се разлагат по-бавно от n-алканите - с 40% за седмица, с 80% за три седмици. Производните на бензена с ниско молекулно тегло се минерализират по-бързо от наситените въглеводороди (например феноли и крезоли) . Заместените ди- и трихлорфеноли се разлагат напълно в дънните утайки за една седмица, нитрофенолите - за две до три седмици. ПАВ обаче се разграждат бавно.

Процесите на биоразграждане се влияят от много фактори: осветление, съдържание на разтворен кислород, pH , съдържание на хранителни вещества, наличие на токсични вещества и др. . Дори ако микроорганизмите имат набор от ензими, необходими за унищожаването на замърсители, 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-алкални 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. HM, Fe3+, Al3+ катиони претърпяват хидролиза:

Fe3+ + HOH ↔ FeOH2+ + H+

Al3+ + HOH ↔ AlOH2+ + H+

Cu2+ + HOH ↔ CuOH+ + H+

Pb2+ + HOH ↔ PbOH+ + H+.

Тези процеси причиняват подкисляване на околната среда.

Анионите 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 средата.

Едновременното присъствие на хидролизируеми катиони и аниони в някои случаи причинява пълна необратима хидролиза, което 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 естерите и амидите претърпяват хидролиза. карбоксилни киселинии различни фосфорни киселини. 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-дихлоровинил 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 извършват както без катализатор, така и с участието на киселини и основи, разтворени в природни 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 от количества. Концентрацията на водата в сравнение с техните концентрации е много по-висока и практически се счита за непроменена.

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

където C0 – начална концентрация на замърсителя;

ОТ – текуща концентрация на замърсителя;

τ – времето, изминало от началото на реакцията;

к – константа на скоростта на реакция (хидролиза).

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

β = (С0 – С)/С0 = 1– e-kτ.

6 ПРИМЕРА ЗА РЕШАВАНЕ НА ПРОБЛЕМИ

Пример 1 Изчислете концентрацията на Fe3+ железни йони в речна вода на разстояние 500 m от изхода на отпадъчните води, ако концентрацията му в отпадъчните води на изхода на резервоара е 0,75 mg/dm3. Скоростта на речния поток е 0,18 m/s, обемният дебит е 62 m3/s, дълбочината на реката е 1,8 m, коефициентът на наклон на реката е 1,0. Отпадните води се заустват от брега. Обемният дебит 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 отпадъчните води ξ = 1 при заустване в близост до брега; коефициентът на меандриране 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 числената му 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 отпадъчните води е 0,302 mg/dm3, т.е. практически е равна на фоновата концентрация.

Пример 2 Изчислете константата на скоростта на биоокисление k*, ако е експериментално установено, че BODtotal се наблюдава на 13-ия ден от инкубацията на пробата. Каква част от BODtotal е BOD5 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 биоокисление е 0,15 ден-1. BOD5 от BODtotal е 82,2%.

Пример 3 Изчислете времето на полуразпад, степента на хидролиза и концентрацията на метилхлорацетат (ClCH2COOCH3) при T = 298K в застояла вода с pH = 6,9 след: а) 1 час; б) 1 ден след постъпване във водоема, ако първоначалната му концентрация е 0,001 mg/l. Константите на скоростта на хидролиза на метил хлороацетат 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;

СЗВ - концентрация на замърсители.

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

Хидролизната константа се изчислява по уравнението

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

СOH е концентрацията на хидроксидни йони, mol/l.

Тъй като, според условието на проблема, pH \u003d 6,9, е възможно да се намери концентрацията на водородни йони и концентрацията на хидроксидни йони.

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

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

Сумата от показателите за водород и хидроксил е винаги постоянна

Следователно, знаейки рН, можете да намерите хидроксилния индекс и концентрацията на хидроксидни йони.

рОН = 14 - рН = 14 - 6,9 = 7,1

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

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

Константата на хидролиза на метил хлороацетат 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 превръщане (степента на хидролиза) на замърсителя може да се изчисли по уравнението:

β = (С0 – С)/С0 = 1– e-kτ.

Един час след постъпване на метилхлороацетат в резервоара степента му 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 метилхлороацетат може да се определи, като се знае степента му на превръщане С = С0(1 – β).

Един час след влизането на метил хлороацетат в резервоара, неговата концентрация ще бъде:

C \u003d C0 (1 - β) \u003d 0,001 (1 - 0,292) \u003d 0,001 0,708 \u003d 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) \u003d 0,001 0,00025 \u003d 2,5 10-7 mg / l.

Отговор: Полуживотът на метил хлороацетат е 2 часа. Един час след постъпване на замърсителя във водоема коефициентът му на преобразуване ще бъде 29,2%, концентрацията ще бъде 7,08 10-4 mg/l. Денонощие след постъпване на замърсителя във водоема коефициентът му на преобразуване ще бъде 99,98%, концентрацията ще бъде 2,5 10-7 mg/l.

7 ЗАДАЧИ ЗА САМОСТОЯТЕЛНО РЕШАВАНЕ

1. Изчислете концентрацията на Cu2+ йони в речна вода на разстояние 500m от изхода на отпадъчните води, ако концентрацията на Cu2+ в отпадъчните води е 0,015 mg/l. Скоростта на речния поток е 0,25 m/s, обемният дебит е 70 m3/s, дълбочината на реката е 3 m, коефициентът на наклон на реката е 1,2. Отпадните води се заустват от брега. Обемният дебит 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 отпадъчните води, ако концентрацията на NH4+ в отпадъчните води е 0,25 mg/l. Скоростта на речния поток е 0,18 m/s, обемният отток е 50 m3/s, дълбочината на реката е 1,8 m, коефициентът на меандриране на реката е 1,2. Отпадните води се заустват от брега. Обемният дебит на отпадъчните води е 0,04 m3/s. Фоновата концентрация на NH4+ е 0,045 mg/l.

3. Изчислете концентрацията на йони Al3+ в речна вода на разстояние 500m от изхода на отпадъчните води, ако концентрацията на Al3+ в отпадъчните води е 0,06 mg/l. Скоростта на речния поток е 0,25 m/s, обемният отток е 70 m3/s, дълбочината на реката е 3 m, коефициентът на наклон на реката е 1,0. Отпадните води се заустват от брега. Обемният дебит на отпадъчните води е 0,05 m3/s. Фоновата концентрация на Al3+ е 0,06 mg/l.

4. Изчислете концентрацията на Fe3+ йони в речна вода на разстояние 300m от изхода на отпадъчните води, ако концентрацията на Fe3+ в отпадъчните води е 0,55 mg/l. Скоростта на речния поток е 0,20 m/s, обемният отток е 65 m3/s, дълбочината на реката е 2,5 m, коефициентът на наклон на реката е 1,1. Отпадните води се заустват от брега. Обемният дебит 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 500 m от изхода на отпадъчните води, ако концентрацията на SO42- в отпадъчните води е 105,0 mg/l. Скоростта на речния поток е 0,25 m/s, обемният дебит е 70 m3/s, дълбочината на реката е 3 m, коефициентът на наклон на реката е 1,2. Отпадните води се заустват от брега. Обемният дебит на отпадъчните води е 0,05 m3/s. Фоновата концентрация на SO42- е 29,3 mg/l.

6. Изчислете концентрацията на хлоридните йони в речната вода на разстояние 500 m от изхода на отпадъчните води, ако концентрацията на Cl - в отпадъчните води е 35,0 mg/l. Скоростта на речния поток е 0,25 m/s, обемният отток е 70 m3/s, дълбочината на реката е 3 m, коефициентът на наклон на реката е 1,0. Отпадните води се заустват от брега. Обемният дебит 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 превиши фоновата с 10%, ако обемният дебит на отпадъчните води е 0,05 m3/s? Скоростта на речния поток е 0,15 m/s, обемният отток е 70 m3/s, дълбочината на реката е 3 m, коефициентът на меандриране на реката е 1,2. Отпадните води се заустват 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 мокро отлагане от атмосферата аерозолни частици с диаметър 20 μm и плътност 2700 kg/m3 попаднаха 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 попаднаха 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 резервоара или ще бъдат отнесени 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 отпадъчните води, 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 1,8м.

12. В резултат на аварията хексанът се е разлял по повърхността на резервоара. Налягането на наситените пари на хексана при 20°C, 30°C и 40°C е съответно 15998,6 Pa, 24798,0 Pa и 37063,6 Pa. Определете графично налягането на наситените пари на хексана при 15°C. Изчислете скоростта на изпарение 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 толуолът се е разпространил по повърхността на резервоара. Налягането на наситените пари на толуен при 20°C, 30°C и 40°C е съответно 3399,7 Pa, 5266,2 Pa и 8532,6 Pa. Определете графично налягането на наситените пари на толуен при 25°C. Изчислете скоростта на изпарение на толуен при 25°C, като използвате формулата, ако скоростта на вятъра е 2 m/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 разпръсна м-ксилен. Налягане на наситена пара м-ксилен при 20°C и 30°C е равен съответно на 813.3 и 1466.5 Pa. Определете налягането на наситените пари м-ксилол при 25°C, използвайки интегралната форма на изобарното уравнение химическа реакция. Изчислете скоростта на изпарение м-ксилен 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-ксилен на водната повърхност е равен на 500m.

15. Случайно е разлят бензен върху лабораторната маса. Налягането на наситените пари на бензена при 20°C и 30°C е съответно 9959,2 и 15732,0 Pa. Определете налягането на наситените пари на бензена при 25°C, като използвате интегралната форма на изобарното уравнение на химичната реакция. Изчислете скоростта на изпарение на бензена при 25°C, като използвате емисионния метод вредни веществав атмосферата. Диаметърът на петното, образувано от бензен върху повърхността на масата, е 0,5 m. Ще бъде ли превишена стойността на MPC. h.(С6Н6) = 5 mg/m3 15 минути след разлива на бензен, ако обемът на помещението е 200 m3?

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

17. В резултат на аварията смес от октан, толуол и м- ксилен с тегло 1000 кг. Съставът на сместа (масови фракции): октаново число - 0,3; толуен - 0,4; м-ксилен - 0,3. Налягане на наситени пари от октан, толуен и м-ксилен при 20°C е равен на 1386,6; 3399.7 Pa и 813.3 Pa, съответно. Изчислете скоростите на изпарение на въглеводородите при 20 ° C, като използвате метода за определяне на емисиите на вредни вещества в атмосферата. Определете състава на сместа (масова част) след един час, ако диаметърът на петното, образувано от сместа от въглеводороди на водната повърхност, е 10 m. Скоростта на вятъра е 1m/s.

18. В резултат на аварията смес от бензен, толуен и м- ксилен с тегло 1000 кг. Съставът на сместа (масови фракции): бензен - 0,5; толуен - 0,3; м-ксилен - 0,2. Налягане на наситени пари на бензен, толуен и м-ксилен при 20°C е равен на 9959,2; 3399.7 Pa и 813.3 Pa, съответно. Изчислете скоростите на изпарение 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 0.5m/s.

19. Изчислете дела на 2,3,7,8-Cl4-дибензодиоксин, адсорбиран от суспендирани частици, съдържащи 3,5% (тегл.) органичен въглерод. Концентрацията на суспендираните частици в дънните 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 дела на 1,2,3,4-Cl4-дибензодиоксин, адсорбиран от прахови частици, съдържащи 4% (тегл.) органичен въглерод. Концентрацията на суспендираните частици в дънните 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 суспендираните частици в дънните 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 PbSO4 утайка, когато навлезе в течащ резервоар с обемен поток от 50 m3/s отпадъчни водисъдържащи 0,01 mg/l Pb2+ йони? 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 Fe(OH)3 утайка, когато отпадните води, съдържащи 0,7 mg/l Fe3+ йони, навлязат в течащ резервоар с обемен дебит 60m3/s? Обемният дебит на отпадъчните води е 0,06 m3/s. pH = 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 постъпване 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 постъпване 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 постъпването 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? T = 298K. pH = 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? T = 298K. 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? T = 298K. pH = 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 са определени 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 са определени 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 BODtotal е BOD5 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 BODtotal е BOD5 в този случай?

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

35. Времето за пълно окисление на толуола в езеро с естествена аерация е 80 дни. Изчислете константата на скоростта на биоокисление k* на толуола 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 естествена вода, който съдържа 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. Помислете, че трансформацията на фенол се осъществява главно в резултат на окисление 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. Помислете, че трансформацията на формалдехид възниква главно в резултат на окисление 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 хлороацетат	СlCH2COOH + CH3OH
Фенил ацетат	CH3COOH + C6H5OH
Фенил бензоат	C6H5COOH + C6H5OH
Хлорометан CH3Cl
Бромометан CH3Br
Дихлорометан CH2Cl2
Трихлорометан CHCl3