Контрольная работа по "Экологии"

     В процессе решения вопроса эффективного и безопасного для окружающей среды применения пестицидов реализуются  разные подходы. Постоянно совершенствуется ассортимент пестицидов за счет включения  к ним менее токсичных и  персистентных препаратов, разрабатывают  и внедряют в практику новые технологии и мероприятия, которые позволяют  снизить содержание в объектах окружающей среды остатков недостаточно "экологических" за своими характеристиками пестицидов и их негативное влияние на агрофитоценозы, животных и людей.

     Важную  роль в снижении и предотвращении негативных последствий интенсивного применения пестицидов в земледелии играет контроль за содержимым их остатков в объектах окружающей среды, растениеводческой  продукции, кормах и продуктах питания  растительного происхождения. Учет результатов контроля над остатками  пестицидов позволяет существенно  снизить или устранить полностью  негативные последствия применения пестицидов.

     Одним из путей решения проблемы загрязнения  почвы пестицидами является усовершенствование их ассортимента. Наиболее перспективными пестицидами в этом отношении  могут быть органические соединения фосфора, производные алифатических  карбоновых кислот, производные карбаминовой и тиокарбаминовой кислот.

     Для предотвращения нагромождения стойких  пестицидов в почвах необходимо шире чередовать пестициды с учетом их персистентности дифференцирования для различных грунтово-климатических зон.

     Для защиты почвы от загрязнения совершенствуют способы применения пестицидов. В  последние годы значительно сократилось  использование порохообразных препаратов, и увеличился ассортимент в виде эмульсии и смачиваемых порошков, которые применяются путем опрыскивания, а также препаратов, в виде гранул.

     Снизить фитотоксичность остатков гербицидов могут также внесенные в почву разные вещества, которые влияют на гербициды. Такое влияние, в частности, имеет активированный уголь. Использование его в дозе от 150 до 600 кг/гектара существенно снижает или полностью устраняет фитотоксичное действие остатков гербицидов на картофеле, сахарной свекле и тому подобное.

     - загрязнения минеральными удобрениями;

     Современное земледелие базируется на широком использовании  минеральных удобрений как основного  средства повышения плодородия почвы  и получения высоких урожаев  сельскохозяйственных культур. Однако, избыточное, недостаточно обоснованное, их использование приводит к загрязнению  почвы, а также накоплению их, в  продовольственных товарах, кормах, поверхностных и грунтовых водах.

     Учитывая  это, нужен четкий контроль над правильным их использованием. Например, применение удобрений можно регламентировать агротехническими и санитарно-гигиеническими нормативами, нормой удобрений на единицу  площади, соотношением питательных  элементов для отдельных культур, сроками и способами внесения, и тому подобное.

     Причиной  загрязнения почвы часто является использование как химических мелиорантов побочных продуктов промышленных предприятий (особенно цементных, серных и металлургических заводов), которые содержат большое количество балластных веществ, большинство из которых является токсичным. Например, для мелиорации солонцов часто используют фосфогипс как отходы химической промышленности. Однако к этому нужно относиться осторожно, потому что в фосфогипсе содержится фтор, который очень вредный для растений и животных. 

4. Какие иные технологии способствуют очистке поверхностных  вод?

     К поверхностным относятся воды, постоянно или временно находящиеся на земной поверхности. Это воды рек, временных водотоков, озер, водохранилищ, прудов, водоемов, болот, ледников и снежного покрова.

     Меры  по их охране предусмотрены в Правилах охраны поверхностных вод, утвержденных Госкомприроды СССР от 21.02.91. Особое внимание в них уделено охране водных объектов при сбросе в них сточных вод.

     Поверхностные воды охраняются от засорения, истощения  и загрязнения. Для предупреждения засорения осуществляют мероприятия, которые исключают попадание  в них мусора, твердых отходов  и других предметов, отрицательно воздействующих на качество вод и условия обитания гидробионтов. Строгий контроль за минимально допустимым стоком вод, ограничение  их нерационального потребления  способствуют защите поверхностных вод от истощения.

     Весьма  важной и притом сложной проблемой  является защита поверхностных вод  от загрязнения. С этой целью предусматривается  ряд мероприятий, в частности:

     - мониторинг водных объектов;

     -создание водоохранных зон;

     -развитие безотходных и безводных технологий, а также систем оборотного (замкнутого) водоснабжения;

     -очистка сточных вод (промышленных, коммунально-бытовых и других);

     -очистка и обеззараживание поверхностных и подземных вод, используемых для питьевого водоснабжения и других целей.

     Наибольшее  распространение для обработки  воды из поверхностных источников получили ультрафильтрационные мембранные аппараты с капиллярными мембранами. Такие мембраны представляют собой полимерные трубки с тонким селективным слоем. Фильтрование ведется изнутри-наружу.

     Технология  обработки воды с помощью ультрафильтрационных мембран заключается в "тупиковой" фильтрации воды через мембрану без сброса концентрата с периодической обратной промывкой. Такой режим работы позволяет сократить расход воды на собственные нужды и уменьшить общее энергопотребление системы очистки воды. Процесс фильтрования длится 20 - 60 мин, после чего следует обратная промывка мембраны. Для этого часть очищенной воды в течение 10 - 60 с подается под давлением в фильтратный тракт. В процессе обратной промывки вода уносит с поверхности мембран слой накопившихся загрязнений.

     Для предотвращения зарастания биопленкой ультрафильтрационных мембран в воду для обратной промывки мембранных элементов добавляют дезинфектант - чаще всего гипохлорит натрия.

     При использовании мембран нет необходимости  в образовании крупных хлопьев  продуктов гидролиза коагулянта, поэтому высокий эффект очистки  обеспечивается даже при пониженных дозах реагентов и неполной коагуляции. Обычно дозирование раствора коагулянта осуществляется во всасывающую линию  подающих насосов.

     Интегрирование  ультрафильтрации в традиционную схему  очистки поверхностных вод может  осуществляться на различных стадиях  технологической линии. На существующих станциях мембранные установки ультрафильтрации наиболее эффективно применять после  отстойников вместо скорых фильтров. Это позволяет получить высококачественную воду без остаточного содержания непрокоагулированных органических веществ и коллоидов, а также бактерий и вирусов.

     Использование мембранных установок ультрафильтрации после отстойников дает следующие  преимущества:

     - повышает эффективность проведения  процесса коагуляции и отстаивания,  давая высокий эффект очищенной  воды даже при сниженных дозах  коагулянта и неполной коагуляции;

     -  позволяет отказаться от первичного  хлорирования, что соответственно, снижает опасность образования  хлорорганических соединений;

      - снижает общую хлороемкость очищенной питьевой воды и, соответственно, дозу хлора.

     При ультрафильтрации одновременно с удалением  взвешенных веществ происходит и обеззараживание воды. Задача хлорирования очищенной воды сводится к снижению вероятности повторного размножения бактерий в системе распределения и подачи воды потребителю.

     Недостатки  современных конструкций мембранных элементов типа "рулон" были отмечены уже давно. Главная причина - наличие  турбулизаторной сетки, которая "экранирует" поток и является "ловушкой" для взвешенных частиц. Одновременно в местах контакта узлов сетки с поверхностью мембраны создаются "застойные" зоны, в которых исходная вода концентрируется, вызывая выпадение осадков малорастворимых солей. Очень большие перспективы имеют рулонные аппараты с "открытым" каналом, более "стойкие" к образованию осадков взвешенных веществ.

     Настоящая работа посвящена разработке новой  технологии обработки воды, содержащей взвешенные и растворенные органические вещества, "напрямую" из поверхностных  водоисточников без применения дополнительных сооружений предочистки и реагентной обработки.

     Такая идея не новa. Например, фирмами "Norit" (Нидерланды) и "PCI" (Великобритания) разработаны технологии и установки подготовки питьевой воды из поверхностных водоисточников без предочистки. Этими компаниями используются нанофильтрационные аппараты трубчатой конфигурации с капиллярными мембранами диаметром около 1,5 мм ("Norit") или трубчатыми мембранами диаметром 10 - 15 мм ("PCI"). Трубчатые аппараты лишены "застойных зон", и при высокой скорости транзитного потока внутри трубки осаждение взвешенных веществ на поверхности мембран сведено к минимуму. Однако ввиду высокой стоимости таких установок область их применения ограничена небольшими станциями производительностью до 200 м3/сут. Следует отметить и еще один их недостаток - значительный "перерасход" электроэнергии, обусловленный необходимостью создания большого циркуляционного потока.

     Целью выполненной работы было обоснование  технологии очистки поверхностной  воды с применением рулонных аппаратов  специальной конструкции с "открытым" каналом, обладающих меньшим гидравлическим сопротивлением и исключающих образование "застойных" зон.

     При работе рулонного аппарата в зависимости  от скорости транзитного потока меняется интенсивность осаждения взвешенных веществ на поверхности мембран. Для их удаления периодически открывается  линия сброса концентрата (происходит резкий сброс давления) и накопленные загрязнения смываются с поверхности мембраны. При разработке установок, работающих по описанной технологии, представляет интерес обоснование выбора оптимальной величины давления, скорости транзитного потока, времени проведения гидравлических промывок со сбросом давления.

     Указанные величины были определены авторами в  процессе экспериментальных исследований и на основании полученных данных проведена оптимизация эксплуатационных затрат, позволяющая получить значения расхода концентрата, объема осадка, время и объем проведения химических промывок.

         В задачи проведенных экспериментальных  работ входило: 

     - прогнозирование роста коллоидных  и органических осадков на  поверхности мембран;

     - оценка влияния материала мембран  на интенсивность осадкообразования  и эффективность гидравлических  промывок;

     - определение изменения гидравлического  сопротивления канала аппарата  в процессе загрязнения мембран;

     - определение возможности отстаивания  и утилизации промывной воды, содержащей осадки взвешенных  веществ, удаленные с поверхности  мембран.

     Внешний вид системы обработки поверхностной  воды показан на рисунке. Исходная речная вода поступает в приемный бак, откуда насосом подается в мембранные аппараты, где поддерживается высокая скорость потока. При этом часть потока возвращается во всасывающую линию насоса, а  часть концентрата 12 - 15 % идет на сброс. Выход фильтрата составляет 85 - 87 %. Гидравлические промывки проводятся путем открывания магнитного клапана, установленного на выходе из каждого  аппарата, при этом отложения "срываются" с поверхности мембран потоком  воды. Промывная вода собирается в  бак-отстойник. Примечательно, что вынесенный осадок взвешенных веществ сорбирует  органические вещества, образующие цветность. Промывная вода хорошо отстаивается, и в течение 1 - 3 часов в баке образуется уплотненный осадок.

     Разработанная технология позволяет создать систему  обработки поверхностных вод  с цветностью до 150 град и содержанием  взвешенных веществ до 40 - 50 мг/л. При  этом расходы электроэнергии не превышают 0,5 кВт/м3. Благодаря компактности и  простоте, возможности автоматизированной непрерывной работы и отсутствию постоянного дозирования реагентов, такие системы имеют перспективы  при водоснабжении вахтовых поселков в удаленных районах, при развертывании  водоснабжения в районах чрезвычайных ситуаций и т.д. Примеры готовых  технологических решений показаны на рисунках.