Химия окружающей среды

Автор: Пользователь скрыл имя, 10 Ноября 2011 в 18:37, контрольная работа

Краткое описание

Загрязнение воды. Способы попадания загрязнений в воду. «Пороговый уровень» загрязнения.Действие загрязнений на основные параметры водной системы: кислород, биологически активные вещества, взвешенные частицы. Тепловое воздействие загрязнений.

Файлы: 1 файл

Электронный семинар по химии ОС 2 сем.doc

— 228.50 Кб (Скачать)

ГОУ ВПО ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

НЕФТЕХИМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ 

КАФЕДРА ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Электронный семинар 

Дисциплина: Химия окружающей среды 
 
 
 
 
 
 
 
 

                       Выполнила:  студент  гр. ЗОС-517 

                                                        Осовская Н.В. 
 
 
 
 
 
 
 

Омск 2011

 

Загрязнение воды. Способы попадания  загрязнений в  воду. «Пороговый уровень» загрязнения.

   Загрязнение воды — попадание различных загрязнителей в воды рек, озер, морей, океанов, подземные воды. Происходит при прямом или непрямом попадании загрязнителей в воду в отсутствие адекватных мер по очистке и удалению вредных веществ.

   Загрязнение вод можно распределить на такие типы:

   Механическое - повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений;

   Химическое - наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия;

   Радиоактивное - присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;

   Тепловое - выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС.

   «Пороговый  уровень» загрязнения — максимальное количество загрязнителя, лекарства или другого фактора, которое переносится организмом без ущерба для него.

   В большинстве случаев загрязнение вод остаётся невидимым, поскольку загрязнители растворены в воде. Но есть и исключения: пенящиеся моющие средства, а также плавающие на поверхности нефтепродукты и неочищенные стоки. Есть несколько природных загрязнителей. Находящиеся в земле соединения алюминия попадают в систему пресных водоёмов в результате химических реакций. Паводки вымывают из почвы лугов соединения магния, которые наносят огромный ущерб рыбным запасам.

   Однако  объём естественных загрязняющих веществ  ничтожен по сравнению с производимыми человеком. Ежегодно в водные бассейны попадают тысячи химических веществ с непредсказуемым действием, многие из которых представляют собой новые химические соединения. В воде могут быть обнаружены повышенные концентрации токсичных тяжелых металлов (как кадмия, ртути, свинца, хрома), пестициды, нитраты и фосфаты, нефтепродукты, поверхностно-активные вещества (ПАВы). Как известно, ежегодно в моря и океаны попадает до 12 млн. тонн нефти. Определенный вклад в повышение концентрации тяжелых металлов в воде вносят и кислотные дожди. Они способны растворять в грунте минералы, что приводит к увеличению содержания в воде ионов тяжелых металлов. С атомных электростанций в круговорот воды в природе попадают радиоактивные отходы. Сброс неочищенных сточных вод в водные источники приводит к микробиологическим загрязнениям воды.  

Действие  загрязнений на основные параметры водной системы: кислород, биологически активные вещества, взвешенные частицы. Тепловое воздействие загрязнений.

   Чистая  вода прозрачна, бесцветна, не имеет  запаха и вкуса, населена множеством рыб, растений и животных. Загрязненные воды мутные, с неприятным запахом, не пригодны для питья, часто содержат огромное количество бактерий и водорослей. Система самоочистки воды (аэрация проточной водой и осаждение на дно взвешенных частиц) не срабатывает из-за переизбытка в ней антропогенных загрязнителей.

   Органические  вещества, содержащиеся в сточных  водах, разлагаются ферментами аэробных бактерий, которые поглощают растворенный в воде кислород и выделяют углекислый газ по мере усвоения органических остатков. Общеизвестными конечными продуктами распада являются углекислый газ и вода, но могут образовываться и многие другие соединения. Например, бактерии перерабатывают азот, содержащийся в отходах, в аммиак (NH3), который, соединяясь с натрием, калием или другими химическими элементами, образует соли азотной кислоты - нитраты. Сера преобразуется в сероводородные соединения (вещества, содержащие радикал -SH или сероводород H2S), которые постепенно переходят в серу (S) или в сульфат-ион (SO42–), также образующий соли. В водах, содержащих фекальные массы, растительные или животные остатки, поступающие с предприятий пищевой промышленности, бумажные волокна и остатки целлюлозы от предприятий целлюлозно-бумажной промышленности, процессы разложения протекают практически одинаково. Поскольку аэробные бактерии используют кислород, первым результатом распада органических остатков является уменьшение содержания кислорода, растворенного в принимающих стоки водах. Оно изменяется в зависимости от температуры, а также в некоторой степени - от солености и давления. Пресная вода при 20°C и интенсивной аэрации в одном литре содержит 9,2мг растворенного кислорода. С повышением температуры воды этот показатель уменьшается, а при ее охлаждении - увеличивается. В мелких водотоках с быстрым течением, где вода интенсивно перемешивается, поступающий из атмосферы кислород компенсирует истощение его запасов, растворенных в воде. Одновременно углекислый газ, образующийся при разложении содержащихся в сточных водах веществ, улетучивается в атмосферу. Таким образом сокращается срок неблагоприятного воздействия процессов разложения органики. И наоборот, в водоемах со слабым течением, где воды перемешиваются медленно и изолированы от атмосферы, неизбежное уменьшение содержания кислорода и рост концентрации углекислого газа влекут за собой серьезные изменения. Когда содержание кислорода уменьшается до определенного уровня, происходит замор рыбы и начинают погибать другие живые организмы, что, в свою очередь, приводит к увеличению объема разлагающейся органики. Большая часть рыб гибнет из-за отравления промышленными и сельскохозяйственными стоками, но многие - и от недостатка в воде кислорода. Рыбы, как и все живые существа, поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Если кислорода в воде мало, но высока концентрация углекислого газа, интенсивность их дыхания снижается (известно, что вода при высоком содержании угольной кислоты, т.е. растворенного в ней углекислого газа, становится кислой).

   Тепловое  загрязнение. Температура воды, используемой на тепловых электростанциях для охлаждения пара, повышается на 3-10°С, а иногда до 20°С. Плотность и вязкость нагретой воды отличаются от свойств более холодной воды принимающего бассейна, поэтому они перемешиваются постепенно. Теплая вода охлаждается либо вокруг места слива, либо в смешанном потоке, текущем вниз по течению реки. Мощные электростанции заметно нагревают воды в реках и бухтах, на которых они расположены. Летом, когда потребность в электрической энергии для кондиционирования воздуха очень велика и ее выработка возрастает, эти воды часто перегреваются. Понятие "тепловое загрязнение" относится именно к таким случаям, так как избыточное тепло уменьшает растворимость кислорода в воде, ускоряет темпы химических реакций и, следовательно, влияет на жизнь животных и растений в водоприемных бассейнах. Существуют яркие примеры того, как в результате повышения температуры воды погибали рыбы, возникали препятствия на пути их миграций, быстрыми темпами размножались водоросли и другие низшие сорные растения, происходили несвоевременные сезонные изменения водной среды. Однако в некоторых случаях увеличивались уловы рыбы, продлевался вегетационный период и прослеживались иные благоприятные последствия. Поэтому подчеркнем, что для более корректного употребления термина "тепловое загрязнение" необходимо иметь гораздо больше информации о влиянии дополнительного тепла на водную среду в каждом конкретном месте. 

Места повышенной реакционной способности водной массы: поверхностная пленка, глубинные воды, донный осадок, придонная водная масса. Их характеристика и свойства.

   Поверхностные водные массы. Их свойства и пределы распространения определяются зональной изменчивостью обмена энергии и веществ и циркуляции поверхностных вод.

   В поверхностной структурной зоне формируются следующие водные массы: 1) экваториальные; 2) тропические, подразделяющиеся на северотропические и южнотропические; 3) субтропические, делящиеся на северные и южные; 4) субполярные, состоящие из субарктических и субантарктических; 5) полярные, включающие антарктические и арктические.

   Характеристика поверхностных водных масс

Наименование Толщина занимаемого слоя Скорость  перемещения, см/сек Физико-химические свойства
горизонтальная вертикальная температура, 0С соленость, 0/00 условная плотность содержание  кислорода, мл/л содержание  фосфатов, мкг-ат/л
Экваториальные 

Тропические 

Субтропические 

Субполярные 

Полярные

150-300 
 

300-400 
 

400-500 
 

300-400 
 

100-200

От 60-70 до 120-130 

От 10-20 до 50-70 

От 20-30 до 80-100 

От 10-20 до 30-50 

От 5-10 до 30-50

10-2-10-3 
 

10-3 
 

10-3 
 

10-4 
 

10-3-10-4

26-28 
 

От 18-20 до 25-27 

От 15-20 до 25-28 

От 15-20 до 5-10 

От 0-5 до -1,8

От 33-34 до 34-35 

34,5-35,5 
 

От 35-36 до 36-37 
 

34-35 
 

32-34

22,0-23,0 
 

24,0-26,0 
 

23,0-24,0

25,0-26,0 
 

25,0-27,0 
 

27,0-28,0

3,0-4,0 
 

2,0-4,0 
 

4,0-5,0 
 

4,0-6,0 
 

5,0-7,0

0,5-1,0 
 

1,0-2,0 
 

<0,5 
 

0,5-1,5 
 

1,5-2,0

   Глубинные водные массы. Несмотря на относительно большую гомогенность, все глубинные водные массы имеют свои специфические свойства, по которым их можно отличить друг от друга. Они формируются главным образом в результате смешения поверхностных и промежуточных водных масс. Наиболее благоприятные условия для образования глубинных вод создаются по периферии высокоширотных циклонических макроциркуляционных систем и особенно в той их части, которая проходит вдоль материковых склонов. Поэтому основные глубинные водные массы образуются на севере океанов и у Антарктиды.

   Верхняя граница глубинных водных масс прослеживается от 1000 м до 2000 м, а нижняя граница залегает большей частью вблизи 4000м. Поэтому, толщина занимаемого ими слоя меняется довольно значительно - приблизительно от 1500 м до 3000 м.

   Средние скорости вертикального перемещения глубинных вод большей частью укладываются в пределы от 1-2∙10-4 см/сек до 5-7∙10-4 см/сек. В горизонтальном переносе немалое значение имеют меридиональные составляющие. Несмотря на небольшие их величины (от 0,2 до 0,8 см/сек), количество веществ, переносимых глубинными водами, очень велико благодаря огромной их массе. Поэтому их значение в межширотном обмене веществ и энергии Мирового океана весьма велико.

   В соответствии с местом образования, распространением и свойствами глубинных  водных масс выделяются следующие три их типа: североокеанические, срединные океанические и полярные.

   У глубинной североатлантической  водной массы наиболее высокие (среди  других глубинных вод) соленость (от 35,1 до 34,7‰), температура (4,0-2,0°С), условная плотность (27,9 - 27,8), содержание растворенного кислорода (6,0 - 5,0 мл/л) и скорость перемещения. Вместе с тем концентрация фосфатов минимальна (менее 1,5 мкг-атом/л).

   Придонные водные массы. Они заполняют наиболее глубокие части океанов, перемещаясь по котловинам и соединяющим их подводным долинам.

   Подобно другим видам водных масс, придонные  воды образуются в результате опускания  вышележащих вод, которое, в конечном счете, вызывается поверхностной горизонтальной циркуляцией. При этом все типы придонных  водных масс, кроме северо-индийских, формируются в высоких широтах одновременно с промежуточными и глубинными водами. Из-за расчлененности рельефа дна придонные воды при своем перемещении подвергаются более сильной трансформации. Как уже говорилось, для них характерно преобладание меридионального переноса, скорость которого меняется приблизительно от 0,1 до 1 см/сек.

   Наибольшее  распространение в Мировом океане получили придонные антарктические воды. В северных частях океанов  выделяются придонные водные массы, которые могут быть объединены общим термином - североокеанические, несмотря на довольно значительные различия свойств и условий формирования.

   Придонная арктическая водная масса получила большее развитие по вертикали за счет высокого положения верхней  ее границы, прослеживающейся на глубине 2500-3000 м (тогда как обычно на 4000 м). В условиях замкнутых котловин, в Арктическом бассейне, хорошо проявляется повышение температуры воды ко дну, что, по-видимому, связано с влиянием притока тепла из недр земли. Увеличение температуры от верхней границы придонных вод ко дну составляет от 0,06°С до 0,12°С. Соленость либо совершенно однородна, либо увеличивается на 0,01 - 0,02‰.

   Донные  осадки минеральные вещества, отложившиеся на дне океанов, морей, озёр, рек в результате физических, химических и биологических процессов.

   Вдоль экватора в океане выявлено что их толщина достигает более 2000 м. Среди донных осадков выделяются биогенные (известковые, кремнистые), терригенные, вулканогенные и осадки смешанного происхождения (полигенные), к которым относят и глубоководные красные глины. На глубине более 4500—5000 м известковые осадки вследствие растворения карбоната кальция (СаСО3) отсутствуют. 

Металлы в водной среде. Консервативные и неконсервативные свойства водной системы, связанные с концентрацией  металлов. Биологическая и химическая активность металлов в водной среде.

   Металл-токсикант, попав в водоем или реку, распределяется между компонентами этой водной экосистемы. Однако не всякое количество металла  вызывает расстройство данной системы. При оценке способности экосистемы сопротивляться внешнему токсическому воздействию принято говорить о буферной емкости экосистемы. Так, под буферной емкостью пресноводных экосистем по отношению к тяжелым металлам понимают такое количество металла-токсиканта, поступление которого существенно не нарушает естественного характера функционирования всей изучаемой экосистемы. При этом сам металл-токсикант распределяется на следующие составляющие: 1) металл в растворенной форме; 2) сорбированный и аккумулированный фитопланктоном, то есть растительными микроорганизмами; 3) удерживаемый донными отложениями в результате седиментации взвешенных органических и минеральных частиц из водной среды; 4) адсорбированный на поверхности донных отложений непосредственно из водной среды в растворимой форме; 5) находящийся в адсорбированной форме на частицах взвеси.

Информация о работе Химия окружающей среды