Биомониторинг
Раки «работают» в Водоканале с декабря 2005 года.
Системы биомониторинга качества воды есть на всех водопроводных станциях города и ближайших пригородов. Их главная задача - следить за уровнем токсичности источника питьевого водоснабжения Санкт-Петербурга - невской воды. Некоторые представители аборигенных узкопалых раков, обитающих в Неве и Невской губе, живут в аквариумах на каждом водозаборе петербургского Водоканала.
К панцирю рака, сидящего в аквариуме, приклеивается волоконно-оптический датчик, который позволяет незаметно для животного в течение длительного времени регистрировать его сердцебиение. На экран компьютера диспетчера смены непрерывно выводятся уже обработанные результаты показателей сердечного ритма и стресс-индекса раков в виде системы «светофор»: красный, желтый или зеленый световые сигналы. Нормальный сердечный ритм ничем не обеспокоенного рака (соответствующий зеленому сигналу), колеблется, в зависимости от температуры воды от 30 до 60 ударов в минуту, а стресс-индекс обычно близок к нулю. В случае опасности частота сердечных сокращений резко повышается не менее чем на 50%, а стресс-индекс возрастает до нескольких тысяч. При попадании в воду токсичных веществ раки реагируют в течение 1,5-2 минут (это время с учетом обработки данных). Их кардиоритм учащается, приборы дают сигнал тревоги (красный сигнал на мониторе диспетчера смены), по которому автоматически отбираются пробы воды для последующего подробного лабораторного анализа воды химическими и биологическими методами, и оповещаются все службы водопроводной станции. К счастью, за все время работы раков в Водоканале нештатных ситуаций не возникало, а столь «высокие стрессовые показатели» специалисты Санкт-Петербургского научно-исследовательского центра экологической безопасности Российской академии наук, разработавшие этот метод биомониторинга качества воды, получают только при еженедельных профилактических тест- обследованиях раков.
Так же в ГУП «Водоканал» на службе гигантские африканские улитки. Для контроля хронической токсичности воздуха ученые Санкт-Петербургского научно-исследовательского центра экологической безопасности РАН предложили использовать моллюсков. В качестве интегрирующего индикатора на все, что имеет универсальную токсичность по отношению к животным, на работу «пригласили» улиток, которые имеют легкие и, как и люди дышат воздухом. К тому же у них есть раковина, к которой можно прикреплять датчики, не влияя на процесс их жизнедеятельности. Большой плюс заключается и в том, что эти животные в меру подвижны. Они работают на Юго-Западных очистных сооружениях с начала 2011 года. Задача улиток - «следить» за состоянием воздуха в районе завода по сжиганию осадка сточных вод на Юго-Западных очистных сооружениях (ЮЗОС). Улитки дышат воздухом с примесью дыма, выходящего из трубы завода. К их раковинам прикреплены оптоволоконные датчики сердцебиения и поведения (двигательной активности), благодаря которым с помощью специального программного обеспечения система в автоматическом режиме оценивает функциональное состояние животных, то есть их «самочувствие». Сотрудникам НИЦЭБ РАН и ООО «НИЦ «ЭКОКОНТУР» (г. Санкт-Петербург) пришлось постараться, чтобы создать улиткам максимально благоприятные условия. Во-первых, было важно так закрепить датчик на раковине, чтобы улитки не ощущали никакого давления и дискомфорта. Созданный механизм крепления напоминает механизм дверной петли – отклонение влево–вправо жестко фиксируется, а вертикальных усилий, которые удерживают раковину, нет никаких. Во-вторых, благодаря мячику нет сопротивления качению, и улитка может ползти. Еще одно из важных условий существования улитки в природе, которое пришлось обеспечить ученым здесь, – это интенсивное увлажнение. Пока увлажняют животных по системе капельницы – вода капает на них сверху.
Лабораторный контроль
Качества и безопасности воды производится в полном соответствии с нормативными требованиями санитарных правил. Контроль осуществляется ежедневно по всем приоритетным показателям микробиологической безопасности и органолептическим свойствам. Лабораторные анализы выполняются в лабораториях системы государственного санитарно-эпидемиологического надзора.
Водный патруль «Гринпис»
Проект Гринпис «Чистая Нева» стартовал в июне 2007 года. Его цель – улучшить качество воды в Неве и предотвратить ее дальнейшее загрязнение. В августе 2007 года начал работу водный патруль Гринпис на Неве. Вся информация, полученная в результате работы водного патруля, размещается на сайте проекта «Чистая Нева». О выявленных превышениях норм концентраций загрязняющих веществ Гринпис сообщает в Прокуратуру Санкт-Петербурга и Ленинградской области, Росприроднадзор, а также городским и областным властям.
За время работы водного патруля Гринпис выявлено множество случаев залповых сбросов загрязняющих веществ, информация о которых передавалась в контролирующие органы и публиковалась на сайте проекта «Чистая Нева». Результатами работы в прошлом году явились неоднократные привлечения предприятий-загрязнителей к ответственности.
https://www.nevariver.ru/eco.php
2.3.Современные способы водоочистки.
Один из самых простых и современных способов – это фильтры, очищающие воду механической фильтрацией. Благодаря новым технологиям возможно производство таких фильтров, которые задерживают мельчайшие частицы в воде, такие как бактерии. Конечно, этот метод очень хорош, но при некоторых видах производства вода проходит не такую тщательную очистку, например, мобильные бетонные заводы используют другие методы водоочистки.
Другой способ водоочистки основан на процессе, называемом обратный осмос. В этом типе очистки фильтрующим элементом является мембрана с мельчайшими порами. Очищение идет почти на молекулярном уровне, в результате задерживаются все частицы, кроме молекул воды. А вода на выходе из фильтра получается почти дистиллированная. В процессе очистки удаляется 95 % всех примесей. Но в такой воде кроме чистых молекул воды ничего нет: нет полезных для человека микроэлементов (кальций, йод, магний, калий, серебро и т.д.).
2.4. Методы очистки воды в домашних условиях и промышленности.
2.4.1. Методы очистки водопроводной воды в домашних условиях.
Способы водоочистки можно условно разделить на две группы: очистка без использования фильтров и очистка с использованием фильтров.
Очистка без использования фильтров
К такому способу очистки можно отнести
- Кипячение
- Отстаивание
- Вымораживание
Кипячение – одна из разновидностей такого способа очистки воды как стерилизация. Кипячение используют для уничтожения вирусов, бактерий и микроорганизмов, удаления хлора и других низкотемпературных газов. Кипячение помогает в некоторой степени очистить воду, однако данный процесс имеет ряд побочных эффектов.
Отстаивание-это такой вид очищения воды, когда водопроводную воду наливают в большой сосуд и оставляют в нем на несколько часов. Без перемешивания воды в сосуде происходит удаление газообразного хлора примерно с 1/3 глубины от поверхности воды.
Вымораживание-это довольно сложный и трудоемкий метод, который применяют для эффективной очистки воды с помощью ее перекристаллизации. Данный способ основывается на химическом законе, согласно которому при замерзании жидкости сначала в наиболее холодном месте кристаллизуется основное вещество, а уж в последнюю очередь в наименее холодном месте затвердевает все, что было растворено в основном веществе.
Очистка воды с использованием фильтров
Фильтры для воды бывают нескольких видов:
- Фильтр-кувшин
- Фильтр под мойку
- Фильтр рядом с мойкой
- Фильтр с обратным осмосом
Механическая фильтрация воды-это самый простой способ очистки воды. Механическая очистка воды обеспечивается улавливанием частиц нерастворенных веществ за счет разницы размеров самих частиц и каналов фильтра, по которым протекает очищаемая вода. Размер частиц, задержанных фильтром, определяется диаметром каналов в материале водоочистителя, по которым протекает вода (т.е. размерами отверстий в сите). Например, колонки, заполненные гранулированным активированным углем с диаметром гранул 0,1 – 1 мм (100 – 1000 микрон), способны эффективно задерживать частицы примерно такого же размера. Большая часть нерастворенных в воде частиц имеет гораздо меньший – 0,1-20 микрон – размер. Правда, микроорганизмы не задерживаются при механической фильтрации, так как их размер – 0,4 – 3 микрона.
Фильтры-кувшины предназначены для доочистки питьевой водопроводной воды в бытовых условиях. В особенности фильтры такого типа эффективны для финишной очистки или финишного умягчения питьевой воды, уже прошедшей предварительную очистку с помощью магистральных фильтров или фильтров "под мойку".
Фильтры под мойку бывают, как с одной ступенью очистки (одним корпусом), так и с несколькими последовательными ступенями (несколько корпусов, соединенных между собой). Каждая из которых выполняет свою функцию в процессе фильтрации воды. Чем больше ступеней - тем тоньше и качественней очистка воды. Все фильтры под мойку очищают воду от хлора, органических примесей (фенол, бензол, пестициды, нефтепродукты...), тяжелых металлов (в том числе железо). Многие работают по радиоактивным веществам. Непременно, все работают по бактериям.
Фильтр рядом с мойкой предназначен для очистки холодной воды от механических частиц (ржавчины, песка, ила и т.п.), а также хлорорганических соединений, нефтепродуктов, пестицидов, тяжелых металлов, растворенного железа и иных органических и неорганических веществ. Устраняет неприятные запахи, улучшает вкус воды.
Фильтр с обратным осмосом обеспечивают универсальную очистку водопроводной воды от механических примесей (ржавчины, ила, песка и т.п.), а также растворенных примесей, таких как свободного хлора, хлорорганических соединений, пестицидов, нефтепродуктов, тяжелых металлов, солей жесткости, растворенного железа и иных органических и неорганических веществ. Устраняет неприятные запахи, улучшает вкус воды и уменьшает отложения на посуде.
2.4.2. Очистка воды на предприятиях Санкт-Петербурга.
Очистка промышленных сточных вод производится посредством снижения в них концентраций нефтепродуктов, жиров, взвешенных веществ, масел, нерастворимых в воде солей до таких концентраций, которые не превышают предельно допустимых значений. Требования таковы, что промышленные стоки должны предварительно быть очищены перед их сбросом на рельеф местности или в городскую канализационную сеть. Такая очистка промышленных стоков осуществляется при помощи локальных очистных сооружений.
Очистка сточных вод предприятиях бывает:
- Биологическая (перколяционные фильтры, биодиски)
- Механическая
- Химическая
- Физическая (с помощью ультрафиолетовых лучей, мембранных технологий)
- Физико-химическая
- Обезжелезивание (реагентное (гипохлорит) и безреагентное (аэрация воздухом), озонирование, обратный осмос)
- Сорбация
Биологическая очистка
Биологическая очистка сточных вод- основывается на способности специально культивированных микроорганизмов поглощать вещества, образующиеся в стоках. Это и биофильтры с пленкой населенной микроорганизмами, и пруды, в которых внедряются культурные бактерии и аэротенки со специально выращенным активным илом.
Способность микроорганизмов к использованию содержащихся в сточной воде органических и неорганических элементов в качестве питательного субстрата - именно на этом основан биологический метод очистки сточных вод. Биологическая очистка производится в анаэробных и аэробных условиях (то есть, как без поступления воздуха, так и при его участии): одна часть веществ, окисляемых микроорганизмами, применяется для образования биомассы (биоплёнки или же активного ила), другая - превращается в безопасные соединения (углекислый газ, воду). Получившийся активный ил улучшает и ускоряет процесс очистки сточных вод, собирая загрязнения или же преобразуя их в активные агенты.
Перколяционные фильтры
При использовании этого метода микроорганизмы находятся в сточной воде не в виде суспензии, а сцеплены с поверхностью наполнителя, поверх которого распыляется сточная вода. Воздух циркулирует через материал, что обеспечивает необходимое количество кислорода без энергетических затрат. В зависимости от типа сточной воды и для повышения эффективности часть обработанной воды возвращается на поверхность фильтрирующего слоя. Эффективность фильтрации загрязняющих веществ может достигать от 30 до 90 %. Подобный метод прост и не требует больших затрат энергии, поэтому он широко распространен.
Биодиски
Несколько параллельных плоских пластмассовых дисков, установленных на горизонтально вращающимся валу, частично погружают в сточную воду, содержащуюся в баке. При вращении биологический слой, покрывающий диски, контактирует с потоками и атмосферным кислородом. Биологический шлам, образующийся на биодисках, остается в суспензии в сточной воде, и эта система действует одновременно как ускоренная очистка и седиментационный бак[4]. Биодиски удобны для применения на небольших или средних промышленных предприятиях и в населенных пунктах, поскольку они занимают немного места, просты в управлении, требуют мало энергии и их производительность достигает 90 %.
Механическая очистка
Механическая очистка состоит в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. Грубодисперсные частицы, в зависимости от размеров, улавливаются решетками, ситами, песколовками, септиками, навозоуловителями различных конструкций; поверхностные загрязнения - нефтеловушками[5], бензомаслоуловителями, жироловками[6], отстойниками и др. Механическая очистка позволяет выделять из промышленных сточных вод до 95% нерастворимых примесей, многие из которых как ценные примеси, используются в производстве.
Для отстаивания сооружают преимущественно горизонтальные и радиальные отстойники с механизированным удалением осадка. В сточных водах коксохимических заводов и газогенераторных станциях содержатся смолы и различные смолообразователи. Грубодиспергированные[7] смолы выделяют из вод путем простого отстаивания; тонкодиспергированные[8] же смолы — отстаиванием с коагулированием[9] и фильтрованием. https://ws-54.ru
Способом фильтрования задерживают нерастворенные примеси, не осевшие при отстаивании. Для этой цели используют песчаные, диатомитовые[10] и сетчатые фильтры с фильтрующим слоем. Песчаные фильтры применяют при очистке производственных сточных вод в тех случаях, когда отстаивание не дает нужного эффекта. Иногда используют двухслойные фильтры: в нижнем слое загружается песок, в верхнем — антрацитовая крошка. На предприятиях бумажной промышленности для улавливания волокон применяют сетчатые и вакуумные фильтры.
Центрифуги и гидроциклоны используют для осветления производственных сточных вод и сгущения осадка. Гидроциклон представляет собой металлический сосуд конической формы. Под влиянием центробежной силы при вращательном движении частицы взвешенных веществ скапливаются у стенок и сползают вниз. Гидроциклоны бывают двух видов: напорные и безнапорные.
Химическая очистка
Химическая промышленная очистка сточных вод основана на нейтрализации растворенных примесей реагентами с образованием нерастворимого осадка и его фильтрацией. Промышленные системы химической очистки воды требуют постоянных расходов на реагенты. Физико-химическая промышленная очистка воды включает в себя следующие методы: коагуляция, ионообменная очистка, экстракция, электролиз, обратный осмос. Промышленные системы биологической очистки воды основаны на жизнедеятельности микроорганизмов, взаимодействующих с органическими соединениями, являющимися загрязнителями. Выбор установок систем очистки воды требует индивидуального подхода.
Физико-Химическая очистка
При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонкодисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества, чаще всего из физико-химических методов применяется коагуляция, окисление, сорбция, экстракция и т.д. Широкое применение находит также электролиз. Он заключается в разрушении органических веществ в сточных водах и извлечении металлов, кислот и других неорганических веществ. Электролитическая очистка осуществляется в особых сооружениях - электролизерах. Очистка сточных вод с помощью электролиза эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной и других областях промышленности.
Сорбация
Сорбация- поглощение примесей из газа или жидкости твердыми телами (сорбентами). Процесс очистки состоит в пропускании газа или жидкости через сосуд, заполненный сорбентом – сорбционный фильтр(в первую очередь угольные фильтры).
Мембранные технологии
Мембранные фильтры
Мембрана в отличие от "накопительных" систем очистки воды (активированный уголь, ионообменные смолы и др.) не накапливает примеси внутри себя, что исключает вероятность их попадания в очищенную воду.
Размер задерживаемых частиц определяется структурой мембраны, то есть размером ее пор. Мембранные процессы можно классифицировать по размерам задерживаемых частиц на следующие типы:
· микрофильтрационные мембраны;
· ультрафильтрационные мембраны;
· нанофильтрационные мембраны;
· обратноосмотические мембраны.
При переходе от микрофильтрации к обратному осмосу размер пор мембраны уменьшается и, следовательно, уменьшается минимальный размер задерживаемых частиц. При этом, чем меньше размер пор мембраны, тем большее сопротивление она оказывает потоку, и тем большее давление требуется обеспечить для процесса фильтрации.
УФ-излучение — электромагнитное излучение ультрафиолетового диапазона длин волн в интервале от 205 до 315 нм. Этот вид излучения обладает энергией, достаточной для воздействия на химические связи, в том числе и в живых клетках. Наибольшим бактерицидным действием обладает электромагнитное излучение на длине волны 240-280 нм. Высокая эффективность обеззараживания без изменения химического состава воды; время обеззараживающего контакта 0,5-5 секунд; простота и малая периодичность обслуживания.
2.5. Требование к качеству воды.
Требования к качеству питьевой воды описаны в ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая»[11]; а качества воды, попадающей с предприятий, сведены в таблицу[12].
3.Результаты и обсуждения
3.1. Результаты социологических опросов.
Проведя социологические опросы среди учащихся 7-8классов школы №303 по темам: «Какими фильтрами для воды пользуется ваша семья» и «Какие дополнительные методы нефильтровой очистки водопроводной воды вы используете», мы выяснили каким фильтрам и каким способам отдают предпочтения учащиеся нашей школы.[13]
3.2. Результаты исследований.
4.Рекомендации по практическому применению результатов проекта.
4.1.
4.2.
5.Список источников информации
1.Алексеев С.В. Экологический практикум школьника: учебное пособие для учащихся/ С.В. Алексеев, Н.В. Груздева, Э.В. Гущина.- Самара: Учебная литература, 2005. – 304с.
2. Алексеев В.А. 300 вопросов и ответов по экологии/ В.А.Алексеев – Ярославль: Академия развития, 1998. – 240с.
5.3. Жевлакова М.А. Уроки воды «Вода в Санкт-Петербурге: сегодня и завтра»/М.А. Жевлакова, П.Н.Кириллов, М.А.Корякина - Санкт-Петербург, 2008. - 27с.
5.4. Кириллов П.Н. Выпускаем экологическую газету/П.Н.Коряков – Санкт-Петербург, 2007. – 40с.
5.5.Корякина М.А. Уроки чистой воды «Вода в России и мире»/М.А.Корякова – Санкт-Петербург, 2009. – 20с.
5.6. Краснов И. Вода и мир: русские пути./ И.Краснов//Экохроника.-2006-№4(70)-22-25с.
5.7. Рянжин С.В. Новый экологический букварь для детей и взрослых/С.В.Рянжин – Санкт-Петербург:Анатолия, 2008. – 413с.
5.8.Чижевский А.Е. Хочу все знать: экология/А.Е.Чижевский – Москва: АСТ, 1999. - 427с.
6.Приложения
Приложение №1.
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
ВОДА ПИТЬЕВАЯ
ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ И КОНТРОЛЬ
ЗА КАЧЕСТВОМ
ГОСТ 2874-82
ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ
Москва
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
ВОДА ПИТЬЕВАЯ
ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ И КОНТРОЛЬ
ЗА КАЧЕСТВОМ
Москва
Drinking water. Hygienic requirements
and quality control. ГОСТ 2874-82
Настоящий стандарт распространяется на питьевую воду, подаваемую централизованными системами хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также централизованными системами водоснабжения, подающими воду одновременно для хозяйственно-питьевых и технических целей, и устанавливает гигиенические требования и контроль за качеством питьевой воды.
Стандарт не распространяется на воду при нецентрализованном использовании местных источников без разводящей сети труб.