WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

С12(водн.) + Н2О(ж.) = НОСl (водн.) + Н+(водн.) + Сl- (водн.) Хотя хлор используется для стерилизации воды долгие годы, не оказывая заметного вредного воздействия на здоровье людей, пользующихся такой водой, недавно обнаружено, что он все же может наносить некоторый вред здоровью. При исследовании источников воды в ряде американских городов было обнаружено наличие в них незначительных количеств хлороформа СНС13 было обнаружено наличие в них небольшого количества хлороформа CHCl3 и четыреххлористого углерода СС14. Эти вещества обладают токсическим действием. Хотя уровень их содержания в водопроводной воде чрезвычайно низок, не исключена возможность, что долговременное потребление воды, содержащей эти вещества, может приводить к заболеваниям печени и почек. Эти вещества образуются в результате реакций молекул органических загрязнителей воды с хлором при стерилизации воды.

УМЯГЧЕНИЕ ВОДЫ Описанная выше подготовка питьевой воды обеспечивает удаление из нее всех веществ, потенциально опасных для здоровья. Но иногда воду приходится подвергать еще дополнительной обработке, чтобы снизить в ней концентрацию ионов Са2+ и Mg2+, которые вызывают жесткость воды. Эти ионы реагируют с мылами, образуя нерастворимые вещества.

Хотя при их взаимодействии с синтетическими моющими средствами не образуется нерастворимых осадков, указанные ионы неблагоприятно сказываются на эффективности действия синтетических моющих средств. Кроме того, при нагревании воды, содержащей ионы Са2+ и Mg2+, в водонагревательных устройствах образуются минеральные отложения (накипь). При нагревании воды, содержащей Са2+ и бикарбонат-ионы, из нее выделяется часть диоксида углерода. В результате этого происходит повышение рН воды и образование нерастворимого карбоната кальция:

нагревание Са2+(водн.) + 2НСО3- > СаСО3(тв.) + СО2(г.) + Н2О(ж.) Твердый СаСО3 покрывает поверхность водонагревательных систем и внутренние стенки чайников, что снижает их нагревательную способность. Особенно много накипи откладывается на стенках бойлеров, где вода нагревается под давлением в трубках, обвивающих печь. Образование накипи снижает эффективность теплопередачи и может привести к плавлению трубок.

Вода не всех источников питьевой воды требует умягчения. Обычно это необходимо для воды из подземных источников, где она достаточно долго соприкасается с известняком (СаСО3) и другими минералами, содержащими ионы Са2+, Mg2+ и Fe2+. Для крупномасштабного умягчения водопроводной воды применяют известково-содовый процесс. В этом процессе воду обрабатывают негашеной известью СаО или гашеной известью Са(ОН)2 и содой NaНСO3. Эти вещества вызывают осаждение кальция в виде СаСО3 и магния в виде Mg(OH).

Роль Na2CO3 заключается в повышении рН воды и, если необходимо, в обеспечении ее ионами СО3-. Если вода уже содержит бикарбонат-ион в высокой концентрации, кальций можно удалить из нее в виде СаСОпросто путем повышения рН в результате добавления Са(ОН)2: Са2+ (водн.) + 2НСО3- (водн.) + [Са2+(водн.) + 2ОН-(води.)] = 2СаСО3(тв.) + 2Н2О(ж.) Количество добавляемой негашеной извести зависит только от содержания бикарбоната: 1 моль Са(ОН)2 в расчете на каждые 2 моля HCO3-. В отсутствие бикарбоната добавление Na2CO3 вызывает удаление из воды ионов Са2+ в виде СаСО3. Сильно основной карбонат-ион также способствует повышению рН до значения, при котором происходит осаждение Mg(OH)2:

Мg2+(водн.) + 2СО3- (водн.) + 2Н2О(ж.) = 2HCO3- (водн.) + Mg(OH)2(тв.) При проведении известково-содового процесса возникают две трудности: во-первых, большая продолжительность образования осадков СаСО3 и Mg(OH)2 и недостаточно хорошее их осаждение, во-вторых, слишком высокое рН полученной таким образом воды. Обычно для удаления осадков в воду добавляют квасцы Al2(SO4)3. В основном растворе ион А13+ образует желатинообразный осадок А1(ОН)3, при осаждении из раствора уносящий с собой тонкоизмельченные частицы твердых веществ.

Чтобы предотвратить последующее осаждение оставшихся в воде Mg(OH)2 и СаСО3, через нее продувают СО2. Это позволяет снизить рН воды приблизительно до 8 и тем самым приостановить дальнейшее осаждение.

ОБРАБОТКА СТОЧНЫХ ВОД Обработку сточных вод обычно производят в три стадии, называемые первичной, вторичной и третичной обработкой. Приблизительно 10% сточных вод вообще не получают обработки, около 30% получают только первичную обработку и около 60% подвергаются еще вторичной обработке.

Третичная обработка в настоящее время применяется редко, но, повидимому, она станет более распространенной, когда для этого появятся материальные возможности, что позволит приблизить качество обработки к- более высоким стандартам.

Первичная обработка состоит прежде всего в отфильтровывании сточных вод от крупного мусора и больших частиц взвешенных твердых веществ. После этого сточные воды пропускают через отстойники, где из них оседают взвешенные частицы твердых веществ, образующие ил. Если сточные воды не получают вторичной обработки, то перед сбрасыванием в природные водные системы их еще обрабатывают хлором. Первичная обработка удаляет приблизительно 60% взвешенных твердых веществ и уменьшает ВПК сточных вод на 35%.

Вторичная обработка включает аэробное разложение органического вещества. Наиболее распространенный способ вторичной обработки носит название процесса очистки с активным илом. В этом методе сточные воды, прошедшие первичную обработку, пропускают в аэрационную камеру, где через воду продувают воздух, как показано на рис. 8. Аэрация приводит к быстрому росту аэробных бактерий, которые питаются органическими примесями в воде. Бактерии образуют массу, называемую активным илом.

Этот ил оседает в отстойниках, а очищенная вода сливается обычно после дополнительного хлорирования. Большая часть активного ила возвращается в аэрационную камеру, где он способствует разложению органических загрязнений в поступающей туда воде. После вторичной обработки из воды удаляется приблизительно 90% взвешенных в ней твердых веществ и ее ВПК понижается на 90%.

Вода, получившая только первичную и вторичную обработку, может содержать относительно большие количества фосфора и азота. Это может оказывать вредное влияние на природные источники воды, вызывая в них усиленный рост водорослей. Кроме того, многие содержащиеся в сточных водах химические вещества не удаляются из них при вторичной обработке и в конце концов попадают в окружающую среду. Стоимость удаления многих металлов и органических веществ, содержащихся в сточных водах высока. Поэтому очень небольшая часть сточных вод получает общую третичную обработку, призванную удалять такие загрязнители.

Рис. 8. Очистка сточных вод с помощью активного ила.

Сточные воды, возвращаемые в окружающую среду, загрязнены многими веществами, которые спускают в туалетах, размалывают в устройствах для удаления мусора и спускают в канализацию в больницах, магазинах, заводах и лабораториях Помимо этого, в природные источники попадают дренажные воды и отходы с сельскохозяйственных ферм, а также смываемые с полей удобрения, инсектициды и гербициды. У нас здесь нет возможности рассматривать длинный перечень известных загрязнителей природных вод. Ниже приведены некоторые распространенные металлические элементы, чаще всего попадающих в сточные воды.

Загрязнение воды металлическими элементами Парадоксально, но многие металлы, являющиеся загрязнителями, играют важную роль в питании человека. Наглядным примером является медь-элемент со сравнительно низкой токсичностью. Отсутствие меди (II) в пище приводит к развитию анемии, или дефициту железа, поскольку медь используется в организме наряду с железом в некоторых метаболических процессах. Минимальная потребность человеческого организма в меди составляет около 2 мг в день. Но значительно большее потребление меди, скажем порядка 50 мг в день, может вызывать диарею, рвоту и другие болезненные явления.

Металлы очень сильно отличаются друг от друга по токсичности и по разнообразию вызываемых ими токсических эффектов. Причина этого заключается в том, что они вступают в самые разнообразные химические реакции с биохимическими системами. Хотя не все происходящие при этом биохимические процессы изучены достаточно хорошо, во многих случаях имеются довольно надежные сведения о роли в них металлов. Например, высокая токсичность кадмия обусловлена тем, что он химически подобен цинку - металлическому элементу, принимающему существенное участие во многих биохимических реакциях. Кадмий настолько подобен цинку, что может замещать его в биохимических системах, но не всегда способен в точности выполнять все функции цинка.

Токсичность вещества может сильно зависеть от его химического состояния. Например, металлическая ртуть характеризуется небольшим, но измеримым давлением паров. Если оставить металлическую ртуть открытой в плохо проветриваемом помещении на длительное время, то у людей, постоянно находившихся в этом помещении и вдыхавших в течение определенного времени ртутные пары, обнаружатся симптомы отравления. Однако если в организм человека попадает небольшое количество ртути, например серебряной амальгамы, то это не представляет серьезной опасности для здоровья: металл проходит через пищеварительный тракт, не подвергаясь при этом химическим превращениям. Соединения ртути (1), например каломель Hg2Cl2, не особенно токсичны вследствие их низкой растворимости в воде.

Нерастворимые соли проходят через пищеварительную систему, не попадая в значительных количествах в кровоток. Ион двухвалентной ртути Hg2+ представляет собой очень опасную форму этого элемента. При попадании в человеческий организм в виде иона Hg2+ ртуть воздействует на центральную нервную систему, вызывая симптомы психического расстройства.

Из всех форм ртути наиболее токсичны соединения, в которых этот элемент соединен с органическими группами. К таким соединениям относятся ион метилртути CH3Hg+ и диметилртуть (CH3)2Hg. Последнее соединение является летучим сильно пахнущим веществом с температурой кипения 96°С. Оно легко впитывается кожей; не меньшую опасность представляют и его пары. Диметилртуть относится к числу наиболее ядовитых веществ.

Рис. 9. Химические взаимопревращения ртути в загрязненных ртутью природных водах, сточных водах и других загрязненных водоемах. Ртуть в воде может появиться из спускаемых в стоки отходов предприятий или из стоков с сельскохозяйственных угодий, обработанных ртутьорганическими фунгицидами. Ртуть может находиться в воде в элементной форме или в виде ионов Hg2 2+ или Hg2+. Она может вступать в реакции с другими веществами, образуя нерастворимые осадки. Однако под воздействием бактерий эти формы ртути превращаются в диметилртуть (CH3)2Hg или в ион метилртути CH3Hg. Последние способны переходить в простейшие организмы, обитающие в водной среде, а затем постепенно накапливаться в жировых тканях рыбы.

Токсичность ртути в значительной степени зависит от ее химического состояния. В природных условиях любое вещество может вступать в реакции, которые иногда превращают его из относительно безвредного в смертельно опасное. На рис. 9 схематически показано, как это происходит со ртутью. В течение многих лет металлическую ртуть использовали для электролитического получения хлора и гидроксида натрия. В результате ртуть попадала в окружающую среду в виде свободного элемента или иона Hg2+. Небольшое количество металлической ртути, попавшей в сточные воды, попадало на дно водоемов. Там ртуть, вероятно, реагировала с какой-либо формой серы, в результате чего образовывался нерастворимый HgS или другие нерастворимые соли. Однако на дне водоемов протекает интенсивная бактериальная жизнь, и со временем сульфид ртути окисляется в сульфат, а в воду выделяются ионы Hg2+.

Кроме того, если имеются возможности для образования иона Hg2+, то следует учесть, что он способен диспропорционировать, т.е.

превращаться в две химические формы, одна из которых имеет более высокую степень окисления, а другая-более низкую по сравнению с исходной формой. Например, ртуть из состояния окисления + 1 переходит в состояние окисления 0 и +2.

Нg22+ (водн.) = Нg (ж.) + Hg2+(водн.) Эта реакция может катализироваться микроорганизмами и поэтому служит дополнительным источником ионов Hg2+. В воде могут оказаться и другие источники ртути. Например, долгое время для борьбы с грибковым заболеванием семян, при изготовлении бумаги и красок и в других случаях использовали некоторые ртутьорганические соединения. Эти соединения ртути, сами по себе являющиеся токсичными, кроме того, могут превращаться в другие, еще более токсичные формы.

В те же загрязненные примесями ртути водоемы могут сбрасываться также сточные воды; в этих условиях в воде размножается большое число бактерий, воздействующих на органические соединения. Такие бактерии способны реагировать с ртутью(II), присоединяя одну или две органические группы к атому металла и образуя соединения CH3Hg+ и (CH3)2Hg. Этим путем ртуть, которая могла попасть в окружающую среду в произвольной форме, превращается в высокотоксичные формы.

Агентство по охране окружающей среды США выступило за запрещение производства почти всех ртутьсодержащих пестицидов, поскольку их продолжительное использование создает недопустимую угрозу человеку и окружающей среде в целом.

Третий фактор, который важно учитывать при рассмотрении эффектов, вызываемых загрязнителями, часто называют биологическим + накоплением. Как CH3Hg, так и (CH3)2Hg способны накапливаться в организмах; наличие одной или двух метильных групп повышает растворимость ртути в органических веществах. В результате эти соединения ртути накапливаются в растениях и мельчайших организмах, которыми питается рыба, и затем постепенно аккумулируются в организмах рыб. В рыбе концентрация ртути может быть в 1000 раз выше, чем в водах, из которых она выловлена. Это означает, что при концентрации соединений ртути в воде порядка нескольких миллиардных долей рыба, обитающая в такой воде, может содержать от одной до нескольких миллионных долей элемента ртути. Власти Соединенных Штатов и Канады установили на содержание ртути в рыбе, идущей на продажу, верхний предел, равный 0,5 миллионных долей. В 1999 г.

некоторых водоемах Соединенных Штатов и Канады пришлось приостановить промышленный лов рыбы, поскольку этот предел оказался превышенным.

Pages:     | 1 | 2 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.