Сточные воды города Москвы

Оглавление:

Введение
1. Основные виды сточных вод
2. Приоритетные токсиканты в сточных водах
3. Методы анализа сточных вод
4. Влияние сточных вод на окружающую среду
5. Влияние сточных вод на здоровье человека (виды болезней)
6. Мероприятия по предотвращению сброса загрязненных сточных вод
Заключение
Список литературы

Сточные воды города Москвы

Mo
1-40
0,1-60
Ni
16-5300
7-32
Pb
50-3000
7-225
60
Rb
4-95
5
Sc
0,5-7
36
Se
2-9
0,5
S
40-700
3-4
Sr
40-360
25-500
В последние десятилетия в результате интенсивного антропогенного воздействия заметно изменился химический состав не только поверхностных, но и подземных вод. Несмотря на высокую защищенность от загрязнения, в них обнаружены свинец, хром, ртуть, медь, цинк, радиоактивные изотопы. Концентрация тяжелых металлов и других загрязнителей возрастает на территории крупных городов и промышленных центров. Основными причинами этого процесса стали: загрязнение наземных водоемов, закачка в глубокие водоносные горизонты сильноядовитых отходов и усиленный отбор подземных вод для бытовых и промышленных нужд, что приводит к инфильтрации загрязненных вод из поверхностныхводоемов. Степень опасности загрязнения водоносного горизонта определяется гидрогеологическими условиями участка, временем действия данного источника, характером загрязняющих отходов и их концентрацией, а также размерами источника. Загрязненные воды обычно тяжелее незагрязненных пресных вод водоносного горизонта, поэтому их струя от точечного источника распространяется преимущественно вниз, при наличии горизонтального потока подземных вод сносится им и при встрече водоупорного слоя рассеивается по нему. Многолетние исследования подземных вод показывают, что интенсивность физико-химических процессов, снижающих концентрацию тяжелых металлов, определяется составом их миграционных форм. Чем больше валентность компонента, тем прочнее он удерживается в составе породы или твердых отходов, тем слабее переходит в природные воды и тем ниже его водная миграция. Li +Ba2+Fe3+.
Чем больше ионная масса компонента, тем сильнее он связан с породой, тем хуже он переходит в подземные воды, тем лучше выпадает в осадок. Например, водная миграция Ва2+ (137,34) меньше, чем у Мп2+(54,91).
Зависимость водной миграции загрязнителей от ионного радиуса более сложна, но в целом соблюдается правило: чем больше ионный радиус элемента, тем легче он переходит в подземную воду и тем сильнее его участие в процессах растворения. При однозначной валентности большая способность у компонентов с большим ионным радиусом. Можно выделить три группы элементов по интенсивности подвижности в подземных водах в соответствии с величиной ионных потенциалов:
I группа - с ионным потенциалом до + 3:
Li+, Rb+, Sr++, Ba++, Mn++, Fe++, Ni++, Co++, Zn++, Cd++, Hg++, Pb++, Cu++, Ag+, Au++. Эти ионы слабо мигрируют в воду, но хорошо переносятся водой. Элементы с ионным потенциалов больше + 3 слабо переходят в воду, но в воде слаборастворимы: Fe3+, Ga, Al, U, Zr, Ti, Nb, Та, Mn4+. Микроэлементы-загрязнители наиболее легко растворимы и легко подвижны их галоидные, гидрокарбонатные и сульфатные соединения Mn++, Fe++, Co++, Ni++, Cu++, Zn++ менее растворимы и менее подвижны SrS04. SrСОз, ВаСОз минимально подвижны Fe3+ Мп2+ и оксиды Ti4+, Zr4+, Th4+. В водах различного химического состава изменяется растворимость минеральных соединений макро- и микрокомпонентов-загрязнителей. Высокие концентрации их отмечаются в маломинерализованных водах, содержащих НСОз-, Сl-, Na+, наиболее высокие – в водах Сl--Na+, и Сl--Na+-Ca2+ состава. Воды этого состава способствуют накоплению в них тяжелых металлов. В большинстве случаев тяжелые металлы попадают в подземные воды в составе неорганических, органических и металлоорганических комплексов. В водоносном пласте происходит распад одних и образование других миграционных форм.
Многие микроэлементы-загрязнители поступают в подземные воды во взвешенном или коллоидном состоянии. Миграционные формы загрязнителей естественного и антропогенного происхождения близки. Свинец в подземных водах может мигрировать в форме РЬ^ или комплексных соединений.
Для меди характерно большое разнообразие миграционных форм: Cu 2+,CuOH+, Cu(OH)42+, CuCl0 и т.д.
В зависимости от фазового состояния загрязнителей процессы перевода тяжелых металлов в подземные воды представлены растворением и выщелачиванием (в случае твердых загрязнителей), смешиванием (в случае жидких загрязнителей) или теми и другими процессами. Главными процессами за пределами очагов загрязнения являются сорбционные, способствующие уменьшению концентрации тяжелых металлов или их полному выводу из подземных вод.
По имеющимся данным, планктон концентрирует свинец в 12000 раз, кобальт -в 16000 раз, а медь - в 90000 раз. Для любого химического элемента найдется по крайней мере один вид планктона, способный эффективно его концентрировать.
Данные по ртути свидетельствуют, что концентрация в воде - 0,1-3,6 мкг/л, концентрация в осадке достигает 80-800 мкг/л. Тяжелые металлы попадают в гидросферу не только в результате прямого сброса, но и из атмосферы за счет атмосферных осадков. Выброс в атмосферу и последующий перенос в гидросферу часто не учитываются. Расчеты показывают, что концентрация свинца в поверхностных водах северной части Атлантики за последние несколько десятилетий возросла на порядок (с 0,01 до 0,09 мкг/л).
Таким образом, атмосферные осадки вносят немалый вклад в общее загрязнение гидросферы тяжелыми металлами.
Для удаления солей из сточных вод широко используется метод электродиализа6.
Радионуклиды
Радиоактивное загрязнение представляет особую опасность для человека и среды его обитания. Это связано с тем, что ионизирующая радиация оказывает интенсивное и постоянное пагубное воздействие на живые организмы, а источники этой радиации широко распространены в окружающей среде. Радиоактивность – самопроизвольный распад атомных ядер, приводящий к изменению их атомного номера или массового числа и сопровождающийся альфа-, бета- и гамма-излучениями. Альфа-излучение – поток тяжелых частиц, состоящий из протонов и нейтронов. Он задерживается листом бумаги и не способен проникнуть сквозь кожу человека. Однако он становится чрезвычайно опасным, если попадает внутрь организма. Бета-излучение обладает более высокой проникающей способностью и проходит в ткани человека на 1-2 см. Гамма-излучение может задерживаться лишь толстой свинцовой или бетонной плитой.
Уровни земной радиации неодинаковы в разных районах и зависят от концентрации радионуклидов вблизи поверхности. Аномальные радиационные поля природного происхождения образуются при обогащении ураном, торием некоторых типов гранитов, других магматических образований с повышенным коэффициентом эманирования, на месторождениях радиоактивных элементов в различных породах, при современном при вносе урана, радия, радона в подземные и поверхностные воды, геологическую среду. Высокой радиоактивностью часто характеризуются угли, фосфориты, горючие сланцы, некоторые глины и пески, в том числе пляжные. Зоны повышенной радиоактивности распределены на территории России неравномерно. Они известны как в европейской части, так и в Зауралье, на Полярном Урале, в Западной Сибири, Прибайкалье, на Дальнем Востоке, Камчатке, Северо-востоке. В большинстве геохимически специализированных на радиоактивные элементы комплексах пород значительная часть урана находится в подвижном состоянии, легко извлекается и попадает в поверхностные, подземные воды, затем в пищевую цепь. Именно природные источники ионизирующего излучения в зонах аномальной радиоактивности вносят основной вклад (до 70 %) в суммарную дозу облучения населения, равную 420 мбэр/год. При этом эти источники могут создавать высокие уровни радиации, влияющие в течение длительного времени на жизнедеятельность человека и вызывающие различные заболевания вплоть до генетических изменений в организме.
Среди естественных радионуклидов наибольшее радиационно-генетическое значение имеют радон и его дочерние продукты распада (радий и др.). Их вклад в суммарную дозу облучения на душу населения составляет более 50 %. Опасность радона (период полураспада 3,823 суток) заключается в его широком распространении, высокой проникающей способности и миграционной подвижности, распаде с образованием радия и других высокорадиоактивных продуктов. Радон не имеет цвета, запаха и считается "невидимым врагом", угрозой для миллионов жителей Западной Европы, Северной Америки.
В России радоновой проблеме начали уделять внимание лишь в последние годы. Территория нашей страны в отношении радона слабо изучена. Полученная в предыдущие десятилетия информация позволяет утверждать, что и в Российской Федерации радон широко распространен как в приземном слое атмосферы, подпочвенном воздухе, так и в подземных водах, включая источники питьевого водоснабжения.
Особенно актуальна радоновая проблема для мегаполисов и крупных городов, в которых имеются данные о поступлении радона в подземные воды и геологическую среду по активным глубинным разломам (Санкт-Петербург, Москва).
При процессах деления атомных ядер образуется более 20 радионуклидов с периодами полураспада от долей секунды до нескольких миллиардов лет.
Второй антропогенный источник ионизирующего облучения населения – продукты функционирования объектов атомной энергетики7.
Патогенные микробы (бактерии, вирусы в сточных водах)
Вода, как и почва, является естественной средой обитания многих микроорганизмов. Видовой состав микрофлоры воды имеет много общего с микрофлорой почвы. Кроме того, в воде живут различные виды вибрионов, спириллы, железо- и серобактерии, светящиеся бактерии и др. Микроорганизмы воды, как и микроорганизмы почвы, имею г большое значение в круговороте веществ в природе. В воде происходят процессы аммонификации, нитрификации, денитрнфикации и брожения.
Характер микрофлоры воды зависит от разных причин. Чем больше вода загрязнена органическими соединениями, тем больше микроорганизмов она содержит. Особенно много их в открытых водоемах и реках вблизи населенных пунктов, где вода загрязняется стоками хозяйственных и фекальных нечистот. По мере удаления от населенных пунктов число микроорганизмов постепенно уменьшается.
Вода морей и океанов заселена микробами, которые приспособились к повышенному содержанию солей, большому давлению воды и низкой температуре. В поверхностном слое придонного ила содержится особенно много микробов, которые образуют на нем как бы пленку. Наиболее чистыми являются воды глубоких артезианских скважин и родников. Воды этих источников могут быть использованы для питья без предварительной их обработки и обезвреживания.
С санитарной точки зрения наибольший интерес представляют процессы самоочищения воды открытых водоемов от загрязняющих их органических веществ животного и растительного происхождения и от попавших в них болезнетворных микробов. Быстрое разложение органических соединений и самоочищение воды водоемов происходят в связи с жизнедеятельностью сапрофитной водной микрофлоры.
В открытых водоемах условно различают три зоны: 1) зона сильного загрязнения, вода которой содержит значительное количество органических веществ и бедна кислородом, – полисапробная зона. Микрофлора здесь наиболее обильна и представлена преимущественно анаэробными возбудителями гнилостных и бродильных процессов; 2) зона умеренного загрязнения – мезосапробная, где происходит интенсивная минерализация органических веществ. Количественный и качественный состав сапрофитных микробов в этих зонах весьма разнообразен; 3) зона чистой воды — олигосапробная, в которой органических соединений почти нет и где процессы минерализации закончены. Здесь встречаются различные представители нормальной водной микрофлоры.
Процессы самоочищения воды от посторонней для нее микрофлоры зависят от ряда факторов: гибели микробов в поверхностных слоях воды под действием солнечных лучей, разбавления загрязненных вод более чистыми, механического осаждения микробных тел, подавления жизнедеятельности микробов под влиянием различных химических примесей и антибиотических продуктов, вырабатываемых водорослями, грибами и другими микроорганизмами, конкуренции между отдельными микробными группами, пожирания микробов простейшими и другими организмами. Совокупность всех факторов приводит к тому, что даже в неблагоприятных водоемах с течением времени и по мере удаления от источников загрязнения качество воды улучшается.
Вода имеет большое эпидемиологическое значение как фактор передачи инфекции. Водные эпидемии различных инфекционных болезней (холера, брюшной тиф, дизентерия, туляремия, лептоспирозы и др.) известны давно. Загрязнение воды патогенными микробами обычно происходит через сточные воды, при купании людей и животных и т. д. Выживаемость патогенных микробов в воде колеблется в широких пределах в зависимости от ее качества.
Для предупреждения передачи патогенных микробов через воду применяют меры санитарной охраны водоемов и источников водоснабжения, а также очистку и обезвреживание питьевых и хозяйственных вод8.
3. Методы анализа сточных вод
Анализ органических токсикантов
Анализ относительно концентрированных сточных вод
Приведенный ниже метод дает возможность сравнительно простыми операциями выделить органические вещества из сточной воды, разделить их по химическим свойствам на пять-шесть групп и определить содержание каждой группы в воде.
Последующим анализом выделенной группы органических веществ (исследование поглощения ими инфракрасных лучей, фракционная перегонка при обычном и уменьшенном давлении, разделение методом газо-жидкостной хроматографии, различного рода экстракции и перегонки с паром после добавления разных химических реагентов и т. п.) можно идентифицировать и количественно определить входящие в эту группу отдельные вещества.
Метод особенно ценен, когда качественный состав воды точно неизвестен. С другой стороны, при анализе вод известного качественного состава нет необходимости проводить эти довольно кропотливые операции выделения и разделения; основные компоненты можно определять непосредственно в сточной воде.
Сточная вода с небольшим количеством летучих веществ
В зависимости от содержания органических веществ в сточной воде отбирают для анализа пробу от 25 до 1000 мл. Объем пробы зависит от того, ограничится ли анализ взвешиванием каждой группы выделенных веществ или необходимо разделить и определить компоненты, входящие в ту или иную группу.
Реактивы
Хлористоводородная кислота, пл. 1,19 г/см3, разбавленный (1:7) раствор.
Диэтиловый эфир.
Едкий натр, 5%-ный раствор, содержащий 20% хлорида натрия. Сульфат натрия, безводный.
Двуокись углерода.
Бикарбонат натрия, 5%-ный раствор, содержащий 20% хлорида натрия.
Уксусная кислота.
Ход определения. Отобранную пробу 25-1000 мл насыщают хлоридом натрия и приливают хлористоводородную кислоту до получения 5%-ной концентрации. Затем проводят экстракцию диэтиловым эфиром. Объем эфира и число экстракций зависят от объема взятой для анализа сточной воды. Общим правилом является многократное экстрагирование малыми порциями эфира. Все эфирные вытяжки соединяют и промывают небольшим объемом разбавленной (1:7) хлористоводородной кислоты, присоединяя промывные воды к первоначальному раствору.
Если на этой стадии анализа получится слишком большой объем эфирного раствора, эфир отгоняют, пока не останется 20-50 мл раствора. В нем содержатся нейтральные, кислотные (включая фенолы) и некоторые амфотерные органические соединения.
Эфирный раствор обрабатывают по одному из описанных ниже вариантов.
Вариант 1. Эфирный раствор экстрагируют тремя порциями по 30 мл раствора едкого натра, отделяют эфирный слой, высушивают его безводным сульфатом натрия и отгоняют эфир. В остатке содержатся все нейтральные соединения пробы; остаток взвешивают.
Щелочной водный раствор охлаждают, насыщают дву­окисью углерода до появления осадка бикарбоната натрия и затем экстрагируют несколькими порциями эфира. Эфирные вытяжки соединяют, высушивают безводным сульфатом натрия и отгоняют эфир. Так получают остаток, состоящий из очень слабых кислот (в основном из фенолов), содержавшихся в пробе; его также взвешивают.
Оставшийся после обработки двуокисью углерода водный слой нагревают на водяной бане до удаления эфира, охлаждают, подкисляют и экстрагируют несколькими порциями эфира. Соединив эфирные вытяжки, высушив их и отогнав эфир, получают остаток соединений кислотного характера; определяют их массу.
Вариант 2. Эфирный раствор экстрагируют тремя небольшими порциями раствора бикарбоната натрия, отделяют эфирный слой и экстрагируют его тремя порциями по 30 мл раствора едкого натра. Затем эфирный слой отделяют, высушивают его безводным сульфатом натрия и отгоняют эфир. Полученный остаток состоит из нейтральных соединений, содержавшихся в пробе; его взвешивают.
Водный раствор после обработки едкой щелочью подкисляют хлористоводородной кислотой примерно до рН = 2, экстрагируют эфиром, отделяют эфирный слой, высушивают его безводным сульфатом натрия, отгоняют эфир и взвешивают остаток. Так находят содержание очень слабых кислот главным образом фенолов.
Оставшийся после обработки бикарбонатом натрия водный слой осторожно подкисляют (выделяется СО2), экстрагируют эфиром, отделяют эфирный слой, высушивают его безводным сульфатом натрия, отгоняют эфир и взвешивают остаток; получают содержание кислотных соединений.
Первоначальный водный раствор, содержащий хлористоводородную кислоту в отношении (1:7), подщелачивают едким натром до рН не менее 10 и экстрагируют несколькими порциями эфира по 50 мл каждая. Соединяют эфирные вытяжки, высушивают их безводным сульфатом натрия, отгоняют эфир и остаток взвешивают. Остаток состоит из органических соединений основного характера (амины, пиридиновые основания и т. п.). Оставшийся после экстракции водный раствор может содержать амфотерные вещества, а также нелетучие, лучше растворимые в воде, чем в эфире, органические соединения, например многоосновные кислоты, оксикислоты, многоосновные спирты, аминокислоты, галогено- и сульфокислоты, частично многоосновные фенолы, простые углеводы, мочевину и ее производные. Этот раствор точно нейтрализуют уксусной кислотой и экстрагируют несколькими порциями эфира. Эфирные вытяжки высушивают безводным сульфатом натрия и отгоняют эфир. В остатке содержатся амфотерные соединения.
Оставшийся после всех экстракций водный раствор приводят к рН = 3 или 4 добавлением разбавленной серной кислоты и выпаривают досуха на водяной бане. Остаток состоит из неорганических солей и органических веществ, лучше растворимых в воде, чем в эфире. В нем можно определить содержание углерода. Зная происхождение сточной воды, этот остаток можно подвергнуть специальной обработке, например многоосновиые кислоты экстрагировать горячим спиртом, некоторые многоосновные спирты – экстрагировать пиридином или превратить в ацетали обработкой масляным альдегидом в присутствии разбавленной хлористоводородной кислоты и т. д.
Нейтральные соединения, выделенные, как описано выше (см. вариант 1 или вариант 2), можно после взвешивания растворить в эфире и перенести раствор в колонку, заполненную силикагелем, затем последовательным элюированием различными растворителями провести следующие разделения. Сначала изооктаном извлечь алифатические соединения, потом бензолом – ароматические соединения и, наконец, смесью хлороформа с метанолом в отношении 1:1 извлечь окисленные соединения. Каждый элюат надо нагреть до удаления растворителя, остаток высушить, пропуская над ним нагретый до 55-60°С очищенный воздух, и взвесить.
Сточная вода с большим количеством летучих органических веществ
Если анализируемая вода содержит относительно большие количества летучих органических веществ, то рекомендуется начинать анализ с дистилляции. Ее можно проводить сначала из кислой среды, потом, подщелочив дистиллят, из щелочной среды или, наоборот, сначала вести отгонку из щелочной среды, потом из кислой, подкислив дистиллят. Выбор зависит от того, преобладают ли в пробе летучие кислоты или летучие амины, и от того, желательно ли в процессе разделения отделить друг от друга летучие и нелетучие кислоты. Таким образом могут быть предложены два варианта.