анализ загрязненности природных вод. изучение

АНАЛИЗ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ
ПРИРОДНЫХ ВОД.
ИЗУЧЕНИЕ СПОСОБОВ
ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Методические указания к лабораторным работам
по экологии для студентов экономических,
строительных, механических специальностей
Омск  2003
Министерство образования РФ
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
(СибАДИ)
Кафедра инженерной экологии и химии
АНАЛИЗ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ПРИРОДНЫХ ВОД.
ИЗУЧЕНИЕ СПОСОБОВ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Методические указания к лабораторным работам
по экологии для студентов экономических,
строительных, механических специальностей
Составители Ж.Д. Павлова, Л.Ф. Тихомирова
Омск
Издательство СибАДИ
2003
1
УДК 577.4
ББК 40.35
Рецензент канд. техн. наук, доцент Е.Л. Колбина (ОмГТУ)
Работа одобрена методической комиссией
тета АДМ в качестве методических указаний к
торным работам по экологии для специальностей
230100, 290300, 290600, 290500, 060811, 291100,
240400, 240100, 240103, 060813.
факульлабора170900,
150200,
Анализ загрязненности природных вод. Изучение
способов очистки сточных вод: Методические указания к
лабораторным работам по экологии / Сост.: Ж.Д. Павлова,
Л.Ф. Тихомирова.- Омск: Изд-во СибАДИ, 2003.- 20 с.
Методические указания предназначены для проведения лабораторных работ по экологии по теме «Загрязнение окружающей среды». Лабораторным работам предшествуют теоретические разделы, в которых рассмотрены
загрязнение гидросферы и способы очистки сточных вод.
Табл. 12. Библиогр.: 7 назв.
 Издательство СибАДИ, 2003
2
ВВЕДЕНИЕ
Вода является необходимым условием жизни на Земле. Она
входит в состав всех тканей. Живая клетка на 6090 % состоит из
воды. Природные воды (морские, речные, дождевая и снеговая вода и
др.) являются составляющими глобального круговорота воды в
природе. Любой природный водоем связан с окружающей средой, из
которой в воду поступают загрязнения.
Загрязняющим веществом считается избыточная примесь,
которая нарушает нормативы качества воды. В воду загрязнения
могут поступать с атмосферными осадками, поверхностными или
подземными стоками, а также в виде непосредственных сбросов.
По типу загрязняющих веществ загрязнения можно
классифицировать на следующие группы:
- механическое загрязнение  вызвано компонентами,
оказывающими лишь механическое воздействие (взвеси мелких
частиц,
волокон,
выбрасываемых
целлюлозно-бумажной
промышленностью и т.д.);
химическое загрязнение  обуславливают химические
вещества, входящие в состав ядохимикатов, моющих средств (мыло,
стиральные порошк и т.д. );
- биологическое загрязнение  связано с появлением в водоеме
большого количества микроорганизмов (сине-зеленых водорослей,
других микроорганизмов);
- физическое загрязнение  изменение физических параметров
водоема (температуры, освещенности и т.д.).
По характеру вносимых помех загрязнения подразделяются на:
- ингредиентные  внесение в водоемы веществ, чуждых
естественным биоценозам (бытовые и промышленные отходы);
- параметрические  изменение параметров водной среды;
- биоценотические  воздействие на состав и структуру
популяций живых организмов, обитающих в водоеме;
- стациально-деструкционные  изменение структуры
экосистем в процессе использования водных объектов .
Основные источники загрязнения природных вод:
1. Промышленность. Основными источниками загрязнения
гидросферы являются черная металлургия, пищевая, химическая,
лесохимическая, нефтеперерабатывающая промышленности. В
сточных водах этих производств
содержатся особотоксичные
3
соединения мышьяка, фтора, тяжелых металлов. Эти соединения
могут поглощаться водными микроорганизмами  фитопланктоном, а
затем передаваться по трофической цепи и накапливаться в других
морских организмах.
Среди органических загрязнителей опасны канцерогенные
вещества  вещества, способные вызывать канцерогенные,
мутагенные изменения.
Кроме химических веществ загрязнителями являются выбросы
пылевидных соединений, выброс волокон целлюлозно-бумажными
комбинатами, которые забивают дыхательные пути организмов,
обуславливая их гибель (механическое загрязнение).
Тепловые загрязнения возникают в результате сброса нагретых
сточных вод электростанциями и некоторыми промышленными
предприятиями. При этом уменьшается растворимость кислорода,
возрастает его потребление, изменяются естественные условия
обитания организмов, водоем зацветает.
2. Сельское хозяйство. Сточные воды сельского хозяйства
содержат удобрения , пестициды (в мире насчитывается более 1500
пестицидных препаратов), которые убивают рыбу, многие из них
являются канцерогенными веществами.
Некоторые нетоксичные отходы сельского хозяйства (мертвая
органика, навоз и т.п.) дают тяжелые последствия, так как содержат
массу биогенных элементов (соединения азота, фосфора и т.д.) и
способствуют размножению микроорганизмов, сине-зеленых и бурых
водорослей, что приводит к снижению кислорода в воде и
анаэробным процессам.
3. Городское коммунальное хозяйство. Бытовые стоки
содержат органические вещества и детергенты. Детергенты (ПАВ) ,
входящие в состав моющих средств, очень опасны тем, что пенятся и
препятствуют доступу кислорода в воду. Также они вызывают
жаберные кровотечения и удушье у рыб. Некоторые из них обладают
канцерогенными и мутагенными свойствами. Кроме того, в
канализационных
стоках
содержатся
болезнетворные
микроорганизмы и вирусы (биологическое загрязнение).
Эти сточные воды подавляют жизнедеятельность в водоемах,
при гниении образованных ими осадков расходуется кислород,
содержащийся
в воде, и образуются вредные соединения и
отравляющие вещества. Чем больше в водоеме органических
остатков, тем меньше кислорода остается в воде. Иногда из-за
4
отсутствия кислорода гибнет все живое , вода становится
биологически мертвой, в ней остаются только анаэробные бактерии,
способные существовать без кислорода. Эти бактерии выделяют
вредные газы: аммиак, сероводород, вода становится абсолютно
непригодной для жизни.
4. Атмосферные воды с растворенными в них химическими
веществами-загрязнителями.
В воздухе содержится большое количество газообразных
оксидов серы, углерода
и азота, образующихся при работе
транспорта,
промышленных
предприятий,
предприятий
теплоэнергетики. Эти газы образуют с атмосферной водой кислые
соединения (серную, угольную, азотную кислоты), вызывая
кислотные туманы и осадки. Следствием этого является угнетение
жизнедеятельности растений, возникновение многих заболевания у
людей (бронхита, ларингита и др.). Кроме того, кислые осадки
разъедают строительные материалы и некоторые ткани.
Кислотность осадков изменяется от рН=5,6 (дождь в химически
чистой среде) до рН=1,82,2 (самые низкие значения рН, измеренные
для дождевых осадков).
При стекании по склонам атмосферные воды дополнительно
увлекают
загрязняющие вещества. Особенно опасны стоки с
городских улиц, промышленных площадей. Так в воду попадают
кислоты (с дождями), соединения ртути (из атмосферы попадают в
водоемы, где легко накапливаются в виде метилртути в организме
рыб и представляют опасность для человека, использующего рыбу в
пищу).
5. Аварийные выбросы. Особенно опасны нефтяные выбросы,
образующие на поверхности воды пленку, непропускающую
солнечные лучи и замедляющую образование кислорода в воде, что
приводит к гибели многих организмов и подавлению
жизнедеятельности других, в результате чего нарушается
биологическое равновесие в океане. Гибнут личинки многих морских
организмов, которые не могут сделать первый глоток воздуха из-за
нефтяной пленки, гибнут морские птицы, опускающиеся на воду
(нефть пропитывает их перья, они не могут взлететь и погибают).
Часть нефтепродуктов опускается на дно, часть остается в толще
воды в виде эмульсии, поэтому все виды водных организмов
чувствуют последствия загрязнений. Большая часть нефти остается в
тонком приповерхностном слое, выполняющем роль "детского сада"
5
для многих популяций. При этом нарушается газообмен между водой
и атмосферой.
6. Морское захоронение отходов (дампинг). Дампинг сейчас 
вынужденная мера. Наиболее опасно загрязнение радиоактивными
веществами, особенно стронцием-90 (один из продуктов расщепления
урана при испытаниях ядерного оружия), участвующем в
биологическом цикле (вместо кальция). Многие морские организмы
концентрируют изотопы.
Последствиями загрязнения водных объектов являются:
- заражение людей, а также сельскохозяйственных растений и
животных;
- разрушение водных экосистем;
- увеличение коррозии водного транспорта, повышение затрат
на очистку и т.д.
Требования потребителей к качеству воды зависят от целей
использования. Выделяют три основных вида водопользования:
- хозяйственно-питьевое  использование водных объектов или
их участков в качестве источника хозяйственно-питьевого снабжения,
а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности;
- культурно-бытовое  использование водных объектов для
купания, занятий спортом и отдыха;
- рыбохозяйственное.
Существуют и другие виды водопользования  промышленное
водоснабжение, орошение, судоходство, гидроэнергетика и т.д.
Использование воды, связанное с ее частичным или полным
изъятием, называется водопотреблением.
Правила охраны поверхностных вод от загрязнения (Москва,
1991г.) устанавливают общие требования к составу и свойствам воды.
Основное нормативное требование к качеству воды 
соблюдение установленных предельно допустимых концентраций
(ПДК) вредных веществ.
Под ПДК какого-либо загрязняющего вещества в природных
водах подразумевается такая концентрация этого вещества, при
превышении
которой
вода
становится
непригодной
для
установленного виды водопользования.
6
Лабораторная работа № 1
АНАЛИЗ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ПРИРОДНЫХ ВОД
Цель работы − исследование загрязненности вод природных
водоемов и атмосферных осадков, определение степени загрязнения,
класса качества, индекса загрязнения и возможных способов
использования природных вод.
1. Исследование физико-химических
показателей качества воды
Основными загрязнителями природных вод являются
органические вещества (содержатся в бытовых стоках), а также
неорганические примеси. Неорганические вещества состоят
из
отрицательно заряженных ионов  анионов (хлорид-ион, сульфат-ион,
нитрат-ион, фосфат-ион и др.) и положительно заряженных ионов 
катионов (катионы свинца, железа, кальция и т.д.).
К опасным загрязнителям водной среды можно отнести
неорганические кислоты и основания, обуславливающие широкий
диапазон показателя кислотности (рН) промышленных стоков
(от
1,0 до 11,0). Эти вещества способны изменять рН водной среды до
значений менее 5,0 или выше 8,0 , тогда как рыба в пресной и
морской воде может существовать только в интервале рН от 5,0 до
8,5.
В данной работе исследуется запах и кислотность воды, а также
определяется содержание в природной воде сульфатов, нитратов,
хлоридов, фосфатов, соединений железа и свинца.
В каждом опыте параллельно анализируют две пробы воды: I проба воды из водоема; II - проба атмосферной воды (дождевой или
снеговой).
Все результаты, полученные в ходе исследования, должны быть
занесены в табл. 1.
На основании
предельно допустимых концентраций,
приведенных в табл. 1, сравнивают качество исследованной воды с
нормативным.
7
Таблица 1
Физико-химические показатели качества воды
Показатель
Полученный результат
Сi , мг/л
в пробе воды
в атмосферных
из водоема
осадках
Запах
ПДК,
мг/л
Не более
2 баллов
рН =6,5  7,5
400
Кислотность
Содержание
сульфатов
Содержание хлоридов
Содержание нитратов
Содержание фосфатов
Содержание свинца
Содержание железа
300
45
45
0,03
0,5
1.1. Определение запаха воды
Пробу исследуемой воды поместить в бюкс с притертой
пробкой (примерно 2/3 объема). Бюкс закрыть и встряхнуть
несколько раз. После этого пробку быстро вынуть и сразу определить
интенсивность запаха. При помощи данных табл. 2 оценить запах в
баллах. Результат занести в табл. 1.
Таблица 2
Определение запаха воды
Запах
Отсутствует
Очень слабый
Слабый
Заметный
Отчетливый
Очень сильный
Интенсивность
Не ощущается
Обнаруживается
только
опытным
исследователем
Обнаруживается
потребителем,
если
обратить его внимание
Легко обнаруживается потребителем
Вода сильно загрязнена
Вода сильно загрязнена
Оценка в баллах
0
1
2
3
4
5
1.2. Определение показателя кислотности природных вод
В исследуемую пробу воды опустить полоску индикаторной
бумаги и быстро сравнить полученный цвет бумаги со стандартной
шкалой универсального индикатора. Результат занести в табл. 1.
8
1.3. Определение содержания сульфатов
Предварительно провести качественное определение сульфатов.
В пробирку налить 10 мл испытуемой воды, добавить 0,5 мл соляной
кислоты (1:5) и 2 мл 5%-ного раствора хлорида бария. Пробирку
закрыть пробкой и осторожно встряхнуть. Появление белой мути
указывает на содержание в воде сульфат-иона. Чтобы убедиться, что
наблюдаемый осадок образован именно сульфатами, а не фосфатами
или карбонатами, часть полученного раствора отлить в отдельную
пробирку и добавить несколько капель соляной кислоты.
Нерастворяющийся в соляной кислоте осадок указывает на сульфатионы.
Для полуколичественного определения сульфат-ионов сравнить
исследуемый раствор со стандартной шкалой ( табл. 3).
Таблица 3
Стандартная шкала для определения содержания сульфатов в воде
№ пробирки
Количество
сульфатов, мг/л
1
10
2
20
3
50
4
100
5
200
6
400
Результат определения занести в табл.1.
1.4. Определение содержания хлоридов
В пробирку налить 5 мл воды (примерно 1/3 объема пробирки) и
добавить 3-4 капли 10%-ного раствора нитрата серебра. Появление
осадка или мути указывает на присутствие в воде хлоридов.
По табл. 4 провести полуколичественное
определение
хлоридов. Для того чтобы убедиться, что осадок образовался за счет
хлорид-ионов, в пробирку добавить несколько капель азотной
кислоты. Нерастворившийся осадок или муть свидетельствует о
содержании в воде хлоридов.
Таблица 4
Данные для определения содержания хлоридов в воде
Характеристика осадка или мути
Опалесценция или слабая муть
Сильная муть
Образуются хлопья, осаждаются не сразу
Белый объемистый осадок
Содержание хлоридов, мг/л
1 - 10
10 - 50
5 - 100
Более 300
Результаты определения занести в табл. 1.
9
1.5. Определение содержания нитратов
В химический стакан объемом 100 мл налить 50 мл испытуемой
воды и упарить ее на электрической плитке с закрытой спиралью до 2
мл для увеличения концентрации нитратов, содержащихся в воде. К
упаренной воде при помощи стеклянной палочки добавить несколько
кристалликов дифениламина и осторожно прилить из капельницы 45
капель концентрированной серной кислоты. По появлению синей
окраски судят о присутствии в воде нитрат-ионов. Для
полуколичественной оценки содержания нитрат-ионов сравнить
интенсивность окраски полученного раствора со стандартной шкалой
( табл. 5).
Таблица 5
Стандартная шкала для определения содержания нитратов в воде
№ пробирки
Количество нитратов, мг/л
1
10
2
20
3
40
4
50
Результаты занести в табл. 1.
1.6. Определение содержания фосфатов
В химический стакан объемом 100 мл налить 50 мл пробы
воды, добавить 1 мл соляной кислоты (1:5), 1 мл раствора молибдата
аммония и по каплям (всего 3 капли) вводят раствор хлорида олова.
По интенсивности окраски полученного раствора судят о
количестве в исследуемой воде фосфат-ионов ( табл. 6).
Таблица 6
Данные для определения содержания фосфатов в воде
Окраска раствора
Синяя
Голубая
Бледно-голубая
Содержание фосфатов, мг/л
Более 45
10 - 45
0,1 - 10
Результаты испытаний занести в табл. 1.
1.7. Определение содержания катионов железа
Для определения содержания в воде солей железа налить 1/3
пробирки испытуемой воды, добавить несколько капель азотной
кислоты (для создания кислой среды и для окисления двухвалентного
10
железа в трехвалентное) и прибавить 1 мл 10%-ного раствора
роданида аммония.
В присутствии ионов железа раствор окрашивается в красный
цвет. По стандартной шкале (табл. 7) определить содержание в воде
катионов железа.
Таблица 7
Стандартная шкала для определения содержания
катионов железа в воде
№ пробирки
Содержание катионов железа, мг/л
1
0,01
2
0,1
3
0,5
Результаты занести в табл. 1.
1.8. Определение содержания катионов свинца
В пробирку поместить 10 мл пробы воды, прибавить 1 мл
раствора хромата калия. Полученный раствор сравнить со
стандартной шкалой (табл. 8).
Таблица 8
Стандартная шкала для определения содержания
катионов свинца в воде
№ пробирки
Содержание катиона свинца, мг/л
1
0,01
2
0,05
3
0,1
4
0,5
Полученный результат занести в табл. 1.
2. Расчет индекса загрязнения природных вод (ИЗВ)
и определение возможных видов водопользования
Индекс загрязнения сточных вод рассчитывают в соответствии
с Правилами охраны поверхностных
вод (СанПиН 4630-88),
принятыми в 1991 г.
Полученные результаты позволяют рассчитать
индекс
загрязнения без учета бактериологических показателей (содержания
болезнетворных
микроорганизмов)
и
показателя
БПК
(биологического потребления кислорода).
Порядок расчета
1.Определить степень отклонения Аi полученных концентраций
веществ Сi от их ПДК (см. табл. 1):
11
Ci
.
(1)
ПДКi
2.Найти степень превышения ПДК S, равную сумме показателей
Аi для всех веществ:
Аi =
n
S=
A
i
.
(2)
i 1
3.Сопоставив полученные показатели с показателями,
представленными в табл. 9, определить индекс загрязнения, степень
загрязнения водного объекта и класс качества воды.
Таблица 9
Гигиеническая классификация природных вод
по степени загрязнения
Показатель качества
Запах,
Степень
баллы
превышения ПДК
(S)
2
1
3
4
4
8
>4
>8
Степень
загрязнения
Класс
качества
Индекс
загрязнения
(ИЗВ)
Допустимая
Умеренная
Высокая
Чрезвычайно
высокая
I
II
III
IV
0
1
2
3
От степени загрязнения природной воды зависит способ ее
применения. В табл. 10 приведены возможные виды водопользования
в зависимости от степени загрязнения природной воды.
Таблица 10
Виды водопользования
Степень
загрязнения
Допустимая
Умеренная
Высокая
Чрезвычайно
высокая
Возможное использование
природной воды
Пригодна для всех видов водопользования населения
Свидетельствует об опасности использования для культурнобытовых целей. Требует очистки
Безусловная опасность культурно-бытового водопользования.
Недопустимо применение воды для хозяйственно-бытового
водоснабжения из-за сложности удаления токсических веществ
в процессе водоподготовки
Абсолютная непригодность для всех видов водопользования.
Даже кратковременное использование данной воды опасно для
здоровья населения
12
На основании проведенных исследований, а также данных
таблиц сделать вывод о степени загрязнения, классе качества, индексе
загрязнения природной воды и возможных способах
ее
использования.
Лабораторная работа № 2
ИЗУЧЕНИЕ СПОСОБОВ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Во многих промышленных и хозяйственных процессах в
качестве отходов образуются сточные воды, содержащие токсичные
вещества. Сточные воды  это те воды, которые возвращаются в
окружающую среду после использования. К сточным водам
относятся:
- канализационные воды;
- сбросы промышленных предприятий;
- дренажные воды;
- отходы сельскохозяйственных ферм;
- стоки с полей с растворенными удобрениями и химикатами;
- нагретые воды систем охлаждения и т.д.
В водоемах происходит естественный процесс самоочищения
воды. Однако этот процесс медленный, и сегодня водоемы не
справляются с загрязнением в связи с большим количеством сточных
вод. Возникает необходимость очистки сточных вод, т.е. их
обработки с целью извлечения и удаления из них загрязняющих
веществ. В зависимости от характера примесей, количества
поступающих на очистку сточных вод, требуемой степени очистки
применяют механические, химические, физико-химические и
биологические методы очистки.
В табл. 11 приведены способы очистки сточных вод в
зависимости от характера примесей.
13
Таблица 11
Способы очистки сточных вод
Примеси
механические
Грубодисперсные
Способы очистки
химические
физикохимические
биологические
Отстаивание
Фильтрование
Центрифугирование
Эмульгированная
Органические вещества
Нейтрализация
Минеральные
вещества
Нейтрализация
Перевод в
нерастворимое
состояние
Газы
Нейтрализация
Микроорганизмы
Хлорирование
Коагуляция
Флотация
Адсорбция
Комплексообразование
Разложение
микроорганизмами
Кристаллизация
Ионный
обмен
Электролиз
Дистилляция
Адсорбция
Термическое
воздействие
Облучение
УФ-лучами
Озонирование
1.Механические
методы
заключаются
в
удалении
нерастворимых в воде (механических) примесей. К сооружениям для
механической очистки относятся:
- решетки и сита - для задержания крупных примесей;
- песколовки - для улавливания минеральных примесей, песка;
- отстойники - для медленно оседающих и плавающих
примесей;
- фильтры - для мелких нерастворенных примесей.
Образующийся осадок может утилизироваться, уничтожаться
или складироваться. Как правило, механическая очистка является
методом предварительной
очистки перед другими более
эффективными очистными сооружениями.
14
2.Химические методы основаны на применении специальных
реагентов (химических веществ), разрушающих или осаждающих
примеси. К химическим методам относятся:
- нейтрализация  изменение водородного показателя (рН)
сточных вод до значений рН = 6,5  7,5; нейтрализацию
осуществляют добавлением
к воде кислотных и щелочных
компонентов или фильтрованием воды через эти компоненты;
- коагуляция  это процесс удаления загрязнений при помощи
специально вводимых веществ  коагулянтов; в воде коагулянты
вступают в химические реакции, образуя крупные хлопья, которые
захватывают мелкие частицы загрязнителей и увлекают их на дно;
наиболее часто для очистки сточных вод используются следующие
коагулянты: сульфат алюминия Al2(SO4)3, хлорид железа FeCl3,
сульфат железа Fe2(SO4)3, известь Ca(OH)2 и др.;
- стерилизация  обеззараживание сточных вод при помощи
сильных окислителей  хлора (при хлорировании) или озона (в
процессе озонирования); для обеззараживания городских сточных
вод широко применяется метод хлорирования газообразным хлором
или хлорной известью (CaOCl2).
3.Физико-химические методы − основаны на использовании
специальных физико-химических процессов, среди которых можно
выделить следующие:
- сорбция − поглощение загрязняющего вещества из раствора и
удерживание его на поверхности специального поглотителя 
сорбента; в качестве сорбента для извлечения органических веществ
часто применяют активированный уголь;
- экстракция − извлечение вещества специальным
экстрагентом;
- электрохимические методы  очистка при помощи
электрического тока и т.д.
В процессе физико-химической очистки из воды удаляются
мелкодисперсные и растворенные примеси, а также разрушаются
трудноудаляемые вещества.
Физико-химическая очистка применяется в основном для
производственных сточных вод. Применение ее для очистки бытовых
стоков ограниченно по экономическим соображениям. В ряде случаев
физико-химическая очистка обеспечивает такое глубокое удаление
загрязнений, что последующая биологическая очистка не требуется.
15
4.Биологическая очистка 
это очистка при помощи
микроорганизмов, которые способны превращать органические
соединения в неорганические вещества. При этом разрушаемые
органические соединения служат микроорганизмам источником
питательных веществ и энергии. Сооружения биологической очистки
условно делят на два типа:
- сооружения, в которых процессы протекают в условиях,
близких к естественным; к ним относятся поля фильтрации и
биологические пруды;
- сооружения, в которых очистка происходит в искусственно
созданных условиях; такими сооружениями являются биофильтры и
аэротенки.
Поля фильтрации − это специально отведенные земельные
участки, разделенные на секции, по которым равномерно
распределяется сточная вода. Вода фильтруется через слой грунта,
после чего собирается в дренажных трубах и канавах и стекает в
водоемы.
Очистку
осуществляют
находящиеся
в
почве
микроорганизмы, поглощающие органические вещества.
Биологические пруды − это специально созданные неглубокие
водоемы, в которых протекают естественные процессы самоочищения
сточных сод. Такие пруды могут использоваться как для первичной
биологической очистки, так и для доочистки сточных вод после
биофильтров и аэротенков.
Биофильтры − это сооружения, в которых создаются условия
для усиления естественных процессов самоочищения воды. Сточная
вода в биофильтрах
пропускается через слой специального
фильтрующего материала, на поверхности которого образуется
пленка из различных микроорганизмов, разлагающих органические
вещества до неорганических (как на полях фильтрации).
Аэротенк − это резервуар, в который поступает сточная вода
(обычно после механической очистки), активный ил (совокупность
специальных микроорганизмов-очистителей), а также непрерывный
поток воздух для поддержания нормальной жизнедеятельности
микроорганизмов. После аэротенка вода в смеси с активным илом
подается в отстойники, где ил осаждается.
Для
ликвидации
кислородной
недостаточности
и
обезвреживания водоемов применяется аэрация − нагнетание воздуха
в воду.
16
При выборе способа очистки сточных вод следует учитывать их
состав, требования к качеству воды (ПДК, ПДС).
Очистка сточных вод включает три стадии обработки 
первичную, вторичную и, в случае необходимости, третичную.
Важным показателем эффективности очистки является биологическое
потребление кислорода (БПК). БПК характеризует содержание в воде
органических загрязнителей.
Первичная обработка  отделение фильтрованием крупного
мусора и больших частиц взвесей. После этого сточные воды
попадают в отстойники, где происходит осаждение более мелких
частиц. Если воды не направляются на вторичную очистку, то перед
тем как их сбросить в природные водоемы производят
дополнительную стерилизацию (чаще всего хлором). Показатель БПК
воды после первичной обработки снижается на 35 %.
Вторичная обработка может проводиться с использованием
биологических и химических методов. Биологическая обработка
обычно проводится в аэротенке с активным илом. Вторичная
обработка удаляет взвеси примерно на 90 % по массе, и показатель
БПК воды понижается на 90 %. Тем не менее даже после первичной и
вторичной обработки воды могут содержать значительное количество
азота и фосфора.
Третичная (специальная) обработка проводится не всегда, так
как она требует дополнительных материальных затрат и нацелена на
удаление каких-либо отдельных загрязнителей специальными
методами.
Для сохранения водных ресурсов необходимо переходить на
замкнутые циклы водоснабжения, где очищенные сточные воды не
сбрасываются , а многократно используются в технологических
процессах. Большое количество воды расходуется на охлаждение,
поэтому переход к воздушному охлаждению позволит сократить
расход воды, используемой в промышленности, на 7090 %.
Данная лабораторная работа посвящена изучению способов
очистки сточных вод. До и после каждого вида очистки в воде
определяют содержание сульфат-ионов, хлорид-ионов и ионов свинца
методами, указанными в п. 1.3, 1.4 и 1.8 Результаты определения
занести в табл. 12.
17
Таблица 12
Содержание в воде примесей до и после очистки
До очистки
Способы
очистки
Механические
Химические:
а) сульфат
алюминия
б) гашеная
известь
в) нейтрализация
Физикохимические
(сорбционный)
сульфаты
хлориды
После очистки
свинец
сульфаты
хлориды
свинец
1. Механическая очистка
В данной работе для механической очистки используются сита
(для извлечения из воды крупных примесей) и бумажные фильтры
(для отделения мелких примесей).
На первом этапе очистки каждую пробу воды пропускают через
сито с отверстиями диаметром 0,1 мм. По остатку на сите делается
вывод о содержании в исходной воде частиц размерами более
0,1 мм.
Для более тщательной механической очистки пропущенную
через сито воду отфильтровывают на бумажном фильтре. Делают
вывод о присутствии в природной воде частиц размерами менее
0,01 мм.
До и после механической очистки в воде определить
содержание сульфатов, хлоридов и свинца (см. соответственно п. 1.3,
1.4 и 1.8). Результаты определения занести в табл. 12.
2. Химическая очистка
Для исследования используют пробы воды, прошедшей
предварительную механическую очистку. Для химической очистки
используют следующие соединения: сульфат алюминия Al2(SO4)3
18
(или хлорид железа FeCl3) , известь Ca(OH)2, растворы кислоты и
щелочи.
В две одинаковые пробирки налить по 10 мл очищаемой воды.
Добавляют в первую пробирку 2 мл раствора сульфата алюминия, во
вторую  2 мл раствора гидроксида кальция (известкового молока).
По появлению мути или осадка судят об эффективности химической
очистки в каждом случае.
Содержимое каждой пробирки фильтруют при помощи
бумажного фильтра.
В фильтратах определяют остаточное
содержание сульфатов, хлоридов и свинца. Результаты занести в
табл. 12.
3. Физико-химическая очистка
В процессе сорбционной очистки пробу воду пропускают через
стеклянную колонку, заполненную активированным углем. При этом
загрязняющие вещества из воды поглощаются и удерживаются на
поверхности наполнителя.
Воду, прошедшую через колонку, собирают и определяют в ней
содержание сульфатов, хлоридов и свинца. Результаты занести в
табл. 12.
В отчете по лабораторной работе сравнивают содержание
сульфатов, хлоридов и свинца до и после очистки и делают вывод об
эффективности каждого способа очистки.
Библиографический список
1. Одум Ю. Основы экологии. – М.: Мир, 1986. –742с.
2. Экология: Учебник для технических вузов / Л.И. Цветкова, М.И.
Алексеев и др. – М.: Изд-во АСВ; СПб.: Химиздат, 1999. – 488с.
3. Стадницкий Г.В., Родионов А.И. Экология. – М.: Высшая школа, 1988.
– 272с.
4. Вронский В.А. Экология. – Ростов-на-Дону: Феникс, 1999. – 576с.
5. Шустов С.Б., Шустова Л.В. Химические основы экологии. М.:
Просвещение, 1995. 240 с.
6. Правила охраны поверхностных вод (СанПиН 4630-88). – М., 1991.
7. Попов А.М. Химия и охрана окружающей среды в Омском регионе:
В 2 ч. – Омск: ОмГУ. – 1999.
19
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ------------------------------------------------------------------------- 3
Лабораторная работа № 1. Анализ загрязненности природных
вод --------------------------------------------------------------------------------- 7
1. Исследование физико-химических показателей качества воды --- 7
1.1. Определение запаха воды ------------------------------------------ 8
1.2. Определение показателя кислотности природных вод ----- 8
1.3. Определение содержания сульфатов ---------------------------- 9
1.4. Определение содержания хлоридов ----------------------------- 9
1.5. Определение содержания нитратов ----------------------------- 10
1.6. Определение содержания фосфатов ----------------------------- 10
1.7. Определение содержания катионов железа -------------------- 10
1.8. Определение содержания катионов свинца ------------------- 11
2. Расчет индекса загрязнения природных вод (ИЗВ)
и определение возможных видов водопользования ----------------- 11
Лабораторная работа № 2. Изучение способов очистки сточных
вод -------------------------------------------------------------------------------- 13
1.Механическая очистка ------------------------------------------------ 18
2. Химическая очистка -------------------------------------------------- 18
3. Физико-химическая очистка ---------------------------------------- 19
Библиографический список -------------------------------------------------- 19
20
Учебное издание
АНАЛИЗ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ
ПРИРОДНЫХ ВОД.
ИЗУЧЕНИЕ СПОСОБОВ
ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Методические указания к лабораторным работам
по экологии для студентов экономических,
строительных, механических специальностей
Составители Жанна Дмитриевна Павлова,
Лилия Федоровна Тихомирова
Редактор Т.И. Калинина
***
Подписано к печати 30.12.2003
Формат 6090 1/16. Бумага писчая
Оперативный способ печати
Гарнитура Таймс
Усл. п.л. 1,25, уч.-изд.л. 1,10
Тираж 200 экз. Изд. № 12 Заказ
Цена договорная
Издательство СибАДИ
644099, Омск, ул. П.Некрасова, 10
Отпечатано в ПЦ издательства СибАДИ
644099, Омск, ул. П.Некрасова, 10
21