Методы очистки вод от нитратов и нитритов

Подождите немного. Документ загружается.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра общей химии

Реферат по экологии

Методы очистки вод

от нитратов и нитритов

Выполнила:

Проверила преподаватель:

Уфа 2008

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ……………………………………………………………………. 3 стр.

История …………………………………………………………………….... 6 стр.

Нитриты …………………………………………………………………….. 8 стр.

Нитраты ……………………………………………………………………. 9 стр.

Фотометрический метод определения нитратов и нитритов ……………. 10 стр.

Методы очистки вод ……………………………………………………..... 11 стр.

Удаление из вод нитратов и нитритов …………………………………… 13 стр.

Заключение …………………………………………………………………. 15 стр.

Список использованной литературы ……………………………………... 16 стр.

ВВЕДЕНИЕ

Вода - ценнейший природный ресурс. Она играет исключительную роль в

процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение вода

имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Общеизвестна

необходимость ее для бытовых потребностей человека, всех растений и

животных. Для многих живых существ она служит средой обитания.

Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского

хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение

культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет

проблемы обеспечения водой.

Потребности в воде огромны и ежегодно возрастают. Ежегодный расход воды на

земном шаре по всем видам водоснабжения составляет 3300-3500 км

. При этом

70% всего водопотребления используется в сельском хозяйстве.

Много воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность,

черная и цветная металлургия. Развитие энергетики также приводит к резкому

увеличению потребности в воде. Значительное кол-во воды расходуется для

потребностей отрасли животноводства, а также на бытовые потребности

населения. Большая часть воды после ее использования для хозяйственно-

бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод.

Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Все более

возрастающие потребности промышленности и сельского хозяйства в воде

заставляют все страны, ученых мира искать разнообразные средства для решения

этой проблемы.

На современном этапе определяются такие направления рационального

использования водных ресурсов: более полное использование и расширенное

воспроизводство ресурсов пресных вод; разработка новых технологических

процессов, позволяющих предотвратить загрязнение водоемов и свести к

минимуму потребление свежей воды.

ЧистаяI вода – это один из трёх китов, на которых покоитсяI наше здоровье и сама

жизнь (вода, еда, воздух). Все труды по поддержанию здоровьяI (правильные

упражнения, питание, практики) в отсутствии чистой воды на определенном этапе

могут пойти прахом.

Средняя норма потребления воды в день на человека - от 150 до 400 л в день. И

лишь 1.5-4 из них принимается внутрь. Всё остальное, «обогащенное» мылом,

грязью, и многим сами знаете, чем еще, поступает на централизованную или

локальную переработку.I И это в лучшем случае и в развитых странах.- Весомой

частью сюжетаI некоторых русских (и не только) фильмов иI мультфильмов была

сточная труба, сбрасывающая в реку (море, океан) отработанную в химическом

(металлургическом, фармакологическом, животноводческом и т.д.) производстве

воды. И далеко не всегда эта вода, особенно в прошлом, проходила хоть какие-

либо циклы очистки. А сколько всего этих стоков было, есть и будет можно

судить хотя бы по тому, например, что при производстве 1 тонны стали

расходуется 400 тонн воды. Что бывало (и случается сейчас) с темиI местами, где

скапливались все заводские остатки, подчас просто затруднительно описать.

Живая вода рек и морей обладает замечательной способностью очищать

сбрасываемые стоки.I Однако, - до определенных пределов, переступать которые

крайне не желательно, так как вода не просто уже не очищается, а переходит в

качественно иную категорию с другими сообществами бактерий, химизмом,

физическими и биологическими свойствами, крайне неблагоприятными для

живых существ.

Чего жеI в воде быть не должно или должно быть не более чем?

Загрязнения делятся на 4 основных типа:

1. Биологическое;

(бактерии, вирусы, одноклеточные водоросли, цисты и споры паразитов);IIIII

2. Тяжелые металлы;

3. Органические соединения;

(продукты распада живой материи (гуминовыеII кислоты, хлорофилл,I

аминокислоты) и их производные, индустриальная органика, пестициды, все это

содержит углерод);

4. Неорганические соединения;

(металлы, нитриты(NO2), нитраты(NO3), хлориды(Cl),I фториды(F),I

цианиды(CN), сульфаты (SO4), хлор остаточный, калий (К), кальций (Са),

магний(Мg), фосфор (Р) и другие, менее распространенные соединения).

Загрязнения присутствуют в воде в виде:

1. Нерастворимых механических примесей (взвесь, песок, хлопья). Это, в

основном, мелкие неорганические частички и продукты жизнедеятельности

живых организмов.

2. Коллоидных растворов Iили пленки на воде. Активные вещества в таких

растворах слипаются в комки и пленки по 50-100 и больше молекул. В таком

виде, чаще всего, существуют колонии микроорганизмов и многие органические

загрязнители, в основном, искусственного происхождения.

3. Растворимых соединений. ЭтоI и природные газы и соли, растворенные в воде.

Это и производственные выбросы тяжелых металлов, остатки минеральных

удобрений с полей, гербициды и пестициды. Особенно изощренно и

непредсказуемо действуют некоторые из лекарств. Попадая в воду в виде отходов

с фармацевтических предприятий и продуктов переработки человеческой

жизнедеятельности даже в совершенно ничтожных количествах,I они способны

приводить к изменению в генетическом аппарате потребляющих такую воду

живых существ, вызывать умственную отсталость, сложные патологии,

сказываются на детородных функциях. Впрочем, столь же неблагоприятные

последствия дают и остатки ракетного топлива, например, распыляемого при

пуске ракет на очень большие территории.

Да мало ли что еще из совершенно невообразимого сейчас? Сколько их всяческих

производств, удовлетворяющих наши все более изощренные нужды? Поэтому,

описывая способы защиты (увы, только себя, а не всех живых существ) от

загрязнений, присутствующих в воде, мы должны полностью отдавать себе отчет,

что дальше будет только хуже. И единственный выход - это умерить аппетит в

потреблении, уменьшая свой вклад в дело перепроизводства всего, чего только

можно. Свой, личный, здесь и сейчас, а не в рамках какой-либо программы. За все

это каждый из нас несет персональную ответственность.

ВернемсяI к частным «водяным» проблемам.I Полный списокI параметров,

«водяных неприятностей» и способов борьбы с нимиI весьма длинен. Некоторые

соединения, как смертельно опасные, должны отсутствовать в воде полностью. ИI

колодец, скважина, речка или ручеёк, выбранные вами как основной источник

домашнего водоснабжения, должны быть обязательно проверены на возможно

большее количество загрязнителей. Анализ воды даст возможность правильно

скомпоновать системуI очистки, которая в своей основе моделирует тот или иной

природный процесс:

- сорбции (сорбционные фильтры на основе угля, керамики, пористого титана и

т.п.);

- осмоса (мембранные фильтры);

- электрохимические и каталитические реакции ( процесс ЭХА в фильтрации и

активировании воды, ионообменные каталитические процессы);

- выпаривание и дистилляция (дистилляторы);

- солнечной радиации (ультрафиолет).

В зависимости от того, чем именно загрязнена ваша вода, комплектуется система

предочистки, убирающая нерастворенные взвеси, умягчающие воду, удаляющие

из неё излишки железа и марганца, а также микроорганизмы. Далее на кухне для

питьевых нужд устанавливается фильтр или оконечная система глубокой очистки

воды.

Если же вода к вам в дом приходит через централизованную систему

водоснабжения, где она, как правило, уже прошла предочистку, то доочистку

воды проводить значительно проще и менее затратно. Анализ воды, желательно

проводить и здесь, хотя необязательно, в отличие от иныхI прочихI источников

водоснабжения. Почти всегда присутствующий в водеI хлор, работающий как

основной дезинфектор на станциях водоочистки, убирается вместе с иными

небольшими органическими загрязнителями самым дешевым угольным

фильтром. Очень часто для получения приемлемо чистой воды что-либо делать

ещёI и не требуется. Однако вы должны помнить, что и в централизованных

системах и в скважинах – колодцах – родниках, состав примесей в воде может

меняться как в пределах ПДК, так и больше, в зависимости от сезона, появления

новых источников загрязнения,I мелиоративных работ и т.п. Не является

бесспорно безопасным и регулярное потребление воды, в которой примеси

содержатся на пределе ПДК, что происходит достаточно часто. И очень многие

предпочитают застраховаться от всех неожиданностейI фильтром или домашней

системой очистки воды.I Самая популярная в мире система обратного осмоса,

например, предохраняет от всех типов загрязнения,I кроме микробиологического.

Вы тоже можете её выбрать, хотя лично я являюсь противником применения

систем глубокой очистки воды. Нужно заметить, что для доочисткиI можно

применять и некоторые методы биоактивации воды, Iкоторые достаточно

эффективно удаляют вредные примеси или преобразуют их в состав, безопасный

для организма.

ИСТОРИЯ

Основной задачей поддержания экологического благополучия окружающей

среды при попадании в нее сточных вод, является их очистка. В различных

условиях и в разные периоды эта задача решалась по-разному. Наиболее

совершенным и удовлетворяющим санитарным требованиям до настоящего

времени является отведение сточных вод по трубопроводам за пределы

населенных мест, эта система называется "сплавной". Этот способ применяется

человечеством уже с древних времен. При раскопках в Египте обнаружены

каналы для сточных вод, построенные за 2500 лет до нашей эры.

Аналогичные сооружения существовали еще раньше в Индии. В шестом веке до

нашей эры в Риме был построен знаменитый канал "клоака максима", частично

используемый в современной канализации Рима. Эти сооружения требовали

значительных затрат труда и обязательного подведения воды. И осуществлялись

только для дворцов , храмов и общественных купален.

Сточные воды промыслов выпускались непосредственно в водоемы, на берегах

которых обычно и располагались для удобства снабжения чистой водой и сброса

сточных вод. Загрязнение водоемов сточными водами воспринималось, как

неизбежное зло, поскольку методы очистки сточных вод еще не существовали.

В эпоху феодализма и последующий период бурного развития промышленности,

быстрая урбанизация населения приводит к ухудшению санитарного и

экологического состояния городов, которые буквально стали утопать в

нечистотах. В результате этого происходило загрязнение питьевой воды в

колодцах и невозможно было получать чистую питьевую воду в городских

колодцах. Подобное ухудшение экологии и санитарной обстановки в городах

приводило к широкому распространению инфекционных заболеваний,

участившиеся эпидемии, опустошали Европу. Все это вызвало необходимость

строительства водопроводов, для доставки чистой воды в города, а в

последующем устройства канализации, для отведения сточных вод. После

длительного периода застоя в средневековье, интенсивное строительство

канализационных систем началось в Европе только в 19 веке.

После устройства водоснабжения и канализации заболеваемость и смертность

населения в городах значительно сократилась. Особенно резко снизилась

заболеваемость кишечными инфекциями.

Устройство водопровода и канализации в густо населенных местах позволило

достигнуть неограниченного пользования водой при значительном улучшении

санитарных и экологических условий жизни населения городов. Явилось важным

фактором интенсификации градостроительства при более эффективном

использовании земельных участков, так как при устройстве централизованного

водоснабжения и канализации плотность населения и этажность застройки не

ограничивалась.

СТОЧНЫЕ ВОДЫ – ПРОБЛЕМА ИЛИ РЕСУРС?

Сточные воды содержит патогенные микроорганизмы, которые являются

возбудителями заболеваний. В них также содержатся питательные вещества для

растений, в основном фосфор и азот, которые стимулируют рост водорослей в

водоемах, принимающих сбросы. Водоросли со временем отмирают и

разлагаются, расходуя в процессах гниения значительную часть кислорода,

растворенного в воде. Проблему уменьшения содержания кислорода в воде

усугубляют органические вещества и азотные соединения, которые, попадая в

водоемы вместе со сточной водой, также разлагаются. Снижение уровня

кислорода в воде может ослабить или погубить рыбу и другие водные организмы.

С другой стороны, питательные вещества в сточных водах можно использовать в

сельском хозяйстве вместо химических удобрений. Вместе со сточными водами

мы сбрасываем в реки и озера эти ценные для растений питательные вещества и

создаем проблемы вместо использования полезного ресурса. Устойчивое решение

должно включать высокую степень вторичной утилизации питательных веществ.

Объем и состав бытовых сточных вод зависит от того, сколько времени жильцы

проводят дома, какого типа пищу они едят, какие моющие средства они

используют, и т. п. Например, последние пятнадцать лет содержание фосфора в

шведских моющих средствах уменьшалось из-за требований потребителей

производить экологически безопасные, не содержащие фосфор моющие средства.

Количество органических токсинов и тяжелых металлов в сточных водах также

зависит от стиля жизни жителей и может удерживаться на незначительном

уровне. Существуют значительные различия между составом сточных вод из

туалетов, так называемой "черной воды", и из остальных частей домашнего

хозяйства - "серой воды". Значения могут колебаться в зависимости от области

или дома, и их следует рассматривать как средние величины.

В смешанных бытовых сточных водах основным источником как азота (80-90%),

так и калия (90%) является моча, которая составляет только около 1% от общего

объема сточных вод. Моча также дает более 50% фосфора. Поэтому простой

отвод мочи удаляет из сточных вод основную часть питательных веществ. В моче

здорового человека сравнительно мало микробов и вирусов. Однако трудно

полностью отделить мочу от кала, а опасность загрязнения болезнетворными

микробами из мочевого тракта делает необходимым гигиеническую очистку мочи

перед использованием в сельском хозяйстве.

Объем экскрементов очень мал. Вода, используемая для слива мочи и кала в

обычном туалете, составляет 20-25% от общего потока сточных вод. В кале

содержится приблизительно 25% фосфора, большая часть органических веществ

и почти все патогенные микроорганизмы. Любой продукт, содержащий кал, будь

то сточные воды из туалета или смешанные сточные воды, нуждается в

гигиенической очистке перед использованием в хозяйстве.

Объем этих сточных вод составляет около 75% от общего стока. В них не

содержится большого количества питательных веществ, если используются

моющие средства, не содержащие фосфор. Санитарное качество этой воды до сих

пор является предметом обсуждения в скандинавских странах. Было обнаружено,

что в сточных водах из кухни и ванной содержание патогенных микроорганизмов

так же высоко, как и в смешанных сточных водах, однако до сих пор люди

утверждают, что гигиенический риск, связанный с этими сточными водами,

невысок. Тем не менее, сточные воды из ванной и кухни необходимо

обрабатывать в любом случае из-за высокого содержания в них органических

веществ, потребляющих кислород (измеряется как БПК, биологическое

потребление кислорода).

НИТРИТЫ

Нитриты появляются в воде главным образом в результате биохимического

окисления аммиака или восстановления нитратов. В поверхностных водах в

присутствии достаточных количеств кислорода при высоких значениях

окислительно-восстановительного потенциала доминируют процессы

биохимического окисления. Восстановление нитратов с образованием нитритов

протекает в условиях дефицита кислорода в придонных слоях воды и в донных

отложениях. В совокупности с другими ингредиентами концентрация нитратов и

ее динамика и распределение в водоеме могут служить важными показателями

названных выше процессов. Присутствие в повышенных концентрациях нитритов

может свидетельствовать о загрязнении водоема.

Аммонийные ионы под действием особого вида бактерий окисляются до

нитритных ионов: NH4+OH+1,5O2=H+NO2+ 2 H2O

Другой процесс образования нитритных ионов в водоемах – денитрификация

С6H12O6 + 12 NO3= 12 NO2 + 6 H2O

Восстанавливать нитраты может довольно большое количество бактерий, и этот

процесс должен быть неотъемлемой частью широкого геохимического цикла

азота. В поверхностных водах нитритный азот находится главным образом в

виде нитритных ионов. В кислых водах может присутствовать некоторое

количество HNO2. Нитриты не обладают сильно выраженной способностью к

комплексообразованию. Нитриты - неустойчивые компоненты природных вод.

Поэтому при благоприятных для их окисления условиях, характерных для

поверхностных вод, они встречаются в незначительных количествах (сотые и

даже тысячные доли миллиграмма в литре). Реакция взаимодействия

диазонитрованной в присутствии нитритов сульфаниловой кислоты с

ароматическими аминами является одной из самых чувствительных реакций, с

помощью которых могут быть обнаружены очень малые (единицы мкг/л)

количества нитритных ионов.

НИТРАТЫ

Увеличение концентрации нитратных ионов наблюдается поэтому в летнее время

в период массового отмирания фитопланктона и высокой активности

нитрификаторов. Другим важным источником обогащения поверхностных вод

нитратами являются образующиеся при атмосферных электрических разрядах

окислы азота, которые после поглощения атмосферными водами попадают на

земную поверхность. Содержание нитратов в атмосферных осадках достигает

нередко 1 мг N/л. Нитраты являются конечным продуктом биохимического

окисления аммиака, образующегося главным образом в результате распада

белковых веществ. В поверхностных водах нитраты обычно присутствуют в

заметных количествах за исключением периода интенсивного развития

фитопланктона в водоемах, когда содержание нитратов может падать до

исчезающе малых величин. Повышенная концентрация нитратов может

свидетельствовать об имевшем место в предшествующий период фекальными

загрязнении водоема. В Iповерхностных и подземных источниках воды

присутствуют соединения азота в виде нитратов и нитритов. В настоящее время

происходит постоянный рост их концентрации из-за широкого использования

нитратных удобрений, избыток которых с грунтовыми водами поступает в

источники водоснабжения. Согласно санитарным правилам и нормам, в воде

централизованного водоснабжения содержание нитратов не должно превышать

45 мг/л, нитритов - 3 мг/л. Нитраты в концентрации более 20 мг/л оказывают

токсическое действие на организм человека. Постоянное употребление воды с

повышенным содержанием нитратов приводит к заболеваниям крови, сердечно-

сосудистой системы. Различают первичную токсичность собственно нитрат-иона;

вторичную, связанную с образованием нитрит-иона, и третичную, обусловленную

образованием из нитритов и нитрозаминов. Смертельная доза нитратов для

человека составляет 8-15 г. При обнаружении в пробе воды нитратов в количестве

выше норматива прибегают к очистке воды с помощью обратного осмоса или

ионного обмена. Вода, имеющая отклонения от нормативов по содержанию тех

или иных химических элементов и веществ, имеет, как правило, запах и привкус.

Среди веществ, влияющих на органолептические показатели, можно выделить

железо, марганец, сульфаты, хлориды, хлор остаточный, сероводород, а также

большинство органических соединений. Опытные специалисты, прошедшие

специальную подготовку по дегустационному анализу воды, проведут

идентификацию запаха и привкуса, а с помощью количественного химического

анализа определят компоненты, способные вызывать привкус и запах.

Загрязнение воды нитратами может быть обусловлено как природными, так и

антропогенными причинами. В результате деятельности бактерий в водоемах

аммонийные ионы могут переходить в нитрат-ионы, кроме того, во время гроз

некоторое количество нитратов возникает при электрических разрядах – молниях.

Наибольшие концентрации нитратов обнаруживаются в поверхностных и

приповерхностных подземных водах, наименьшие – в глубоких скважинах.

Повышенное содержание нитратов в поверхностных водоемах ведет к их

зарастанию, азот, как биогенный элемент, способствует росту водорослей и

бактерий. Это называется процессом эвтрофикации. Процесс этот весьма опасен

для водоемов, так как последующее разложение биомассы растений израсходует

весь кислород в воде, что, в свою очередь, приведет к гибели фауны водоема. Для

определения нитратов в поверхностных водах рекомендуется метод

восстановления нитратов металлическим кадмием до нитритов с последующим

спектрофотометрированием окрашенных растворов образующихся нитритных

ионов с реактивом Грисса.

ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССОВОЙ

КОНЦЕНТРАЦИИ НИТРИТОВ"

Сущность метода. Метод основан на способности нитритов диазотировать

сульфаниловую кислоту и на образование красно – фиолетового красителя

диазосоединения с 1 – нафтиламином. Интенсивность окраски, пропорциональная

содержанию нитритов, измеряется на фотометре при длине волны 500нм.

Аппаратура и реактивы. Фотометр со светофильтром 500нм, кюветы с толщиной

оптического стекла 50, раствор Грисса.

Проведение анализа. Это исследование делаем параллельно с контрольной

пробой.

В конические колбы наливаем 50мл исследуемой воды и добавляем по 2мл

раствора Грисса и оставляем на 40 минут. Затем показания сняли на ФЭКе.

Расчеты производили по формуле

C =D : 3.37, где С – массовая концентрация нитритов, D оптическая плотность.

После проведения анализа мы определили, что нитриты содержаться в очень

малой концентрации.