Адсорбция нефтепродуктов активным углём

Адсорбция является практически единственным методом очистки, позволяющим снизить содержание нефтепродуктов в сточной воде до любого требуемого уровня. В качестве адсорбентов применяются природные и искусственные пористые материалы – асбестосодержащие материалы, пористые полимерные сорбенты, древесные стружки, опилки, гранулированный активированный уголь (типа БАУ, ДАК). Сорбционные методы используются как методы доочистки (или тонкой очистки) сточных вод, поскольку допустимая исходная концентрация нефтепродуктов в воде – до 50 мг/л, а достигаемая степень очистки для этого метода – 0,1 – 2,0 мг/л.

Реактивы и оборудование. Четырёххлористый углерод; активированный уголь; концентратомер нефтепродуктов в четырёххлористом углероде ИНК-025; делительная воронка; коническая колба с пробкой; пипетка на 10 мл; химический стакан.

Ход анализа. Приготовить модельный сток. К 200 мл дистиллированной воды добавить 1–2 капли тосола. 1 г активированного угля поместить в коническую колбу и прилить 100 мл стока. Закрыть пробкой и оставить на 30 мин, периодически встряхивая. Пока идёт адсорбция, остальные 100 мл стока поместить в делительную воронку, прилить 5 мл четырёххлористого углерода, закрыть воронку пробкой и встряхивать содержимое 3 мин. Установить делительную воронку в штатив и отстаивать 5 мин. Растворённые в четырёххлористом углероде нефтепродукты слить в стакан. Определить содержание нефтепродуктов в исходной сточной воде на концентратомере. Тщательно вымыть делительную воронку проточной водой, ополоснув дистиллированной водой. Слить осторожно из конической колбы сточную воду в делительную воронку и отделить активированный уголь. Добавить 5 мл четырёххлористого углерода, закрыть воронку пробкой и встряхивать содержимое 3 мин. Установить делительную воронку в штатив и отстаивать 5 мин. Растворённые в четырёххлористом углероде нефтепродукты слить в стакан. Определить содержание нефтепродуктов в обработанной сточной воде на концентратомере. Количество адсорбированных нефтепродуктов A, степень очистки сточных вод определить по следующим формулам:

A = ; = ,

где А – количество адсорбированных нефтепродуктов, мг/л; Со и С – исходная и равновесная концентрации нефтепродуктов, мг/л; m – масса активированного угля, г; V – объём сточной воды, в которую введён адсорбент, л; – степень очистки стока, %.

ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ВОДНОГО БАССЕЙНА

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Пример 2.1. Определить значение общей и карбонатной жесткости для среднего состава речной воды, используя данные табл. 2.8.

Ответ дать в моль/л, немецких, французских и американских градусах жесткости. К какой группе вод по величине жесткости следует отнести эти воды? Принять плотность воды равной 1 кг/л.

Решение. Величину жесткости определить по уравнению:

Ж = [Ca²⁺]/(М _Ca²⁺ ∙f _Ca²⁺) + [Mg²⁺]/( М _Mg²⁺ ∙f _Mg²⁺)

Ж = [Ca²⁺]/20,04 + [М _Ca²⁺ ]/12,16,

где Ж – жесткость воды, моль/л; [Ca²⁺] и [М _Ca²⁺ ] – концентрация ионов кальция и магния, мг/л; f _Ca²⁺ и f _Mg²⁺ – факторы эквивалентности кальция и магния = ½; М _Ca²⁺ и М _Mg²⁺ – молярные массы ионов кальция и магния соответственно (40,08 г/моль и 24,32 г/моль).

В таблице 2.8 представлены значения концентрации ионов кальция и магния, выраженные в млн^–1. По условию задачи, плотность воды равна 1 кг/л, значения концентрации, выраженные в млн^-1 и мг/л, равны между собой и составляют: [Ca²⁺] = 20,0 мг/л и [Mg²⁺] = 3,4 мг/л.

Таблица 2.8

Средний состав природных вод

Ионы	Содержание млн–1*
	в водах мирового океана	в речной воде	в дождевой воде
катионы: Na+	10560	5,8	1,1
Mg2+	1270	3,4	0,36
Ca2+	400	20	0,97
K+	380	2,1	0,26
анионы: Cl–	18980	5,7	1,1
SO42–	2650	12	4,2
HCO3–	140	35	1,2
Br–	65	–	–
F–	1	–	–
*Для выражения концентрации примеси в растворах, как и для газов, используется понятие миллионной доли (млн–1, или p.p.m). Для растворов 1 млн–1 означает содержание 1 г примеси в 1 т раствора.

Общая жесткость воды:

Ж = [Ca²⁺]/20,04 + [Mg²⁺]/12,16 = 20/20,04 + 3,4/12,16 = 1,3 моль/м³.

Воды с таким значением общей жесткости следует отнести к группе очень мягких вод (табл. 2.9.).

Таблица 2.9

Классификация природных вод по величине жесткости

Жесткость, моль/м3	Группа воды
< 1,5	очень мягкая
1,5–3,0	мягкая
3,0–5,4	средней жесткости
5,4–10,7	жесткая
> 10,7	очень жесткая

Значение карбонатной жесткости определяется количеством ионов кальция и магния, связанных с карбонат- и гидрокарбонат-ионами. Поскольку в воде, отвечающей среднему составу речной воды, отсутствуют карбонат-ионы, значение карбонатной жесткости в миллиграммах на литр может быть определено по концентрации гидрокарбонат-ионов:

Ж карб. = [HCO₃^–]/ М ∙f,

где f – фактор эквивалентности, равный единице для гидрокарбонат иона(моль/м³); М – молярная масса гидрокарбонат-иона.

Карбонатная жесткость, равная значению концентрации гидрокарбонат-иона, составит: Ж карб. = 35/(61∙1) = 0,57 моль/м³. Это очень мягкая вода.

Значение жесткости, выраженное в немецких, французских и американских градусах жесткости, рассчитывается по формуле:

Ж (национальный градус жесткости) = Ж (моль/м³)∙K_i,

где K_i – коэффициент соотношения между национальными градусами жесткости и одним моль/м³ воды.

Для воды, отвечающей среднему составу речной воды, получаем:

Ж = 1,3∙2,804 = 3,6 немецких градусов жесткости;

Ж = 1,3∙5,005 = 6,5 французских градусов жесткости;

Ж = 1,3∙50,050 = 65 американских градусов жесткости.

Пример 2.2. Выразить содержание главных катионов и анионов морской воды в промилле и миллимолях на литр.

Решение. В табл. 2.10 приведены значения концентраций главных компонентов морской воды, выраженные в млн^–1.

Концентрация, выраженная в промилле, характеризует количество граммов вещества в 1 кг раствора.

Для перевода концентрации вещества, измеренной в промилле, необходимо концентрацию, выраженную в млн^–1, разделить на тысячу: С = C′ ∙10^–3.

Для перевода концентрации, выраженной в моль на литр, используют соотношение:

C′′ = ,

где С – концентрация вещества, ‰; C′ – концентрация вещества, млн^–1; C′′ – концентрация вещества, моль/л; ρ – плотность воды, выраженная кг/л; 10³ – коэффициент для перевода моль в миллимоль.

Полученные значения представлены в табл. 2.10.

Таблица 2.10

Концентрации главных компонентов морской воды

Компоненты	Содержание в морской воде
	млн–1	‰	ммоль/л*
Катионы Na+	10560	10,56	459,1
Mg2+	1270	1,27	52,3
Ca2+	400	0,40	10,0
K+	380	0,38	9,7
Анионы Cl–	18980	18,98	534,6
SO42–	2650	2,65	27,6
HCO3–	140	0,14	2,3
*Плотность морской воды принята равной 1 кг/л

Пример 2.3. Оценить, сколько граммов хлорида натрия содержится в 1кг морской воды, отобранной в одном из заливов Баренцева моря, если содержание хлорид-ионов составляет 15 ‰ ?

Решение. Как показано в примере 2.2, содержание ионов натрия в морской воде составляет 459,1 ммоль/л, а содержание ионов хлора – 534,6 ммоль/л, следовательно, часть ионов хлора в морской воде связана с другими катионами. Поэтому для определения содержания хлорида натрия в воде залива необходимо определить концентрацию катионов натрия в этой воде.

В воде открытого океана независимо от абсолютной концентрации количественные соотношения между главными компонентами основного солевого состава всегда постоянны. Эта зависимость впервые была доказана экспериментально по результатам многочисленных анализов проб воды, взятых в различных частях Мирового океана, У. Дитмаром и получила название закона Дитмара. В соответствии с законом Дитмара должно соблюдаться равенство отношения концентраций ионов натрия и хлора для среднего состава морской воды C и воды из залива Баренцева моря C′:

C_Na /C_Cl = C′_Na / C′_Cl.

Отсюда C′_{Na =} C_Na∙C′_Cl / C_Cl. Принимая концентрацию ионов хлора в воде залива C′_Cl равной значению хлорности этой воды (15 ‰) и концентрации ионов натрия и хлора в промилле равными значениям для среднего состава морской воды (пример 2.2):

C′_Na = 10,56 ∙15,00 / 18,98 = 8,34 ‰, т. е. в 1кг воды из залива Баренцева моря содержится 8,34 г катионов натрия. Зная молярную массу хлорида натрия, найдем массу этой соли в 1 кг воды из залива:

m _NaCl = M_NaCl ∙ C′_Na⁺ / M_Na⁺ = 58,5 ∙8,34 /23,0 = 21 г/кг.

Пример 2.4. На ОНПЗ для очистки сточных вод от нефтепродуктов используется установка фирмы «ВЭМКО» производительностью 300 м³/ч. Начальная концентрация нефтепродуктов составляет 7000 мг/л, а после очистки – 70 мг/л. Рассчитать, какое количество нефтепродуктов удаляется за год.

Решение. Определить объем очищаемой сточной воды за сутки:

υ₁ = 300 м³/ч ∙24 ч = 7200 м³. Тогда объем очищаемой воды за год будет равен: υ₂ = 7200 м³ ∙365 = 2628000 м³.

Количество нефтепродуктов, извлекаемых из 1 л сточной воды, составит:

m₁ = 7000 – 70 = 6930 мг.

Масса нефтепродуктов, извлекаемых из 1м³ сточной воды:

m₁ = 1000∙6930 = 6,93 ∙10⁶ мг = 6,93 кг.

Масса нефтепродуктов, извлекаемых из сточных вод ОНПЗ установкой «ВЭМКО», за год составит:

m₂ = 2,628∙10⁶ м³ ∙ 6,93 кг/м³= 18,212 ∙10⁶ кг = 18212 тонн.

Пример 2.5. Какой минимальный объем природной воды необходим для растворения сероводорода, образовавшегося при окислении 10 г сахара C₁₂H₂₂O₁₁ в процессе восстановления сульфат-ионами или сульфат-редукции, если весь выделившийся сероводород переходит в раствор, в котором концен­трация H₂S не должна превышать значений подпороговой концентрации? ППКорг = 0,05 мг/л.

Решение. В процессе сульфат-редукции при окислении органического вещества идет образование сероводорода по реакции:

2С_орг + SO₄^2– + 2H₂O → H₂S + 2HCO₃^–.

На каждые два моль углерода органического соединения образуется 1 моль сероводорода.

Количество моль углерода равно: Nс = m·n/Mорг,

где Nс – количество моль углерода; m – масса органического соединения, г; n – количество атомов углерода в одной молекуле органического соединения; M – молярная масса органического соединения.

Nc = 10∙12/342 = 0,35 моль.

В процессе сульфат-редукции из этого количества моль углерода может образоваться моль сероводорода: = 1/2 Nc = 0,175 моль.

Масса образующегося сероводорода составит:

= ∙ = 0,175∙34 ∙10³ = 5950 мг.

Объем природной воды, необходимый для растворения этого количества сероводорода, при конечной концентрации ниже ППКорг, составит:

υ = / ППКорг = 5950/0,05 = 120000 л = 120 м³.

Пример 2.6. Какое максимальное количество органических веществ в милиграммах общей формулой {CH₂O} может быть окислено за счет растворенного кислорода (при высоких значениях pe^–) в каждом литре природной воды, находящейся в равновесии с приземным воздухом (температура 298 К, общее давление 101,3 кПа, парциальное давление паров воды 3,1 ∙10³ Па), если контакт с воздухом был прерван и поступление дополнительного кислорода в процессе окисления отсутствовало?

Решение. Процесс окисления органического вещества:

CH₂O + O₂ → CO₂ + H₂O.

Максимальное количество органического вещества будет определяться содержанием кислорода в воде, согласно условию задачи.

Содержание кислорода в воде будет соответствовать условиям равновесия с воздухом, устанавливающимся до начала процесса окисления:

[Co₂] = ∙ ,

где – константа Генри = 0,00130 моль/(л∙атм); – парциальное давление кислорода.

Парциальное давление кислорода рассчитывается по формуле:

= (Робщ – ) ∙ *,

где Робщ и – общее давление и равновесное давление паров воды при заданной температуре; * – объемная доля кислорода в приземном слое воздуха 0,2095.

= (101,3 – 3,1) ∙10³ ∙0,2095 = 20,6 ∙10³ Па.

Концентрация растворенного кислорода в воде составит:

[ ] = ∙ = 0,00130 ∙20,6 ∙10³/101,3 ∙10³ = 2,63∙10^–4 моль/л.

Или [ ] = 2,63 ∙10^–4 ∙ = 2,63∙10^–4 ∙32 = 8,4∙10^–3 г/л = 8,4 мг/л.

Количество органических соединений общей формулой {CH₂O} можно определить по реакции окисления:

m_ор = Mорг ∙ / ,

где m_ор – количество органических соединений, мг/л; Mорг и – молярные массы органического вещества и кислорода соответственно; – количество кислорода, содержащееся в одном литре воды, мг.

m_ор = 30∙8,4/32 = 7,9 мг/л.

ЗАДАЧИ

Задача 2.1. Определить значение общей и карбонатной жесткости для среднего состава атмосферных осадков (см. табл. 2.8) Ответ дать в моль на литр, немецких, французских и американских градусах жесткости. К какой группе вод, по величине жесткости следует отнести эти воды? Принять плотность воды равной 1кг/л.

Задача 2.2. В анализируемой воде содержатся ионы магния (0,01 г/л), кальция (0,005), гидрокарбоната (0,001), сульфата (0,0001), натрия (0,0003), калия (0,02). Определить тип воды, если пресная вода содержит до 1 г/л растворенных солей, слабосоленая – 1–3 г/л, соленая – 3–10 г/л, очень соленая –10–50 г/л, рассол содержит более 50 г/л.

Задача 2.3. Для определения общей жесткости воды комплексонометрическим методом для анализа было взято 50 мл воды. Количество 0,05 н. раствора трилона Б, затраченное на титрование составляет 1,8 мл. Титрование проводится в присутствии индикатора хромогена черного и 5 мл буферного раствора. Рассчитать общую жесткость воды в ммоль на литр.

Задача 2.4. При определении общей щелочности воды, что тождественно карбонатной жесткости и соответствует содержанию гидрокарбонатов на 100 мл исследуемой воды, израсходовано 1,5 мл 0,1н. раствора соляной кислоты. Титрование проводилось с индикатором метиловым оранжевым. Определить карбонатную жесткость в ммоль на литр.

Задача 2.5. Общая жесткость воды равна 1,8 ммоль/литр. Для определения содержания ионов кальция комплексонометрическим методом к 100 мл исследуемой воды прибавили 2 мл 10%-го раствора гидроксида натрия и индикатора мурексида (аммониевая соль пурпуровой кислоты). На титрование израсходовано 1,5 мл трилона Б. Определить содержание ионов кальция и магния в воде.

Задача 2.6. При определении окисляемости воды перманганатным методом, т.е. при косвенном определении органических веществ в воде, к 100 мл исследуемой воды было прибавлено 10 мл 0,01 н. раствора перманганата калия KMnO₄. При добавлении к горячему раствору 10 мл 0,01N раствора щавелевой кислоты – H₂C₂O₄ на титрование избытка щавелевой кислоты пошло 2,2 мл перманганата калия. Определить окисляемость воды в мг O₂/л.

Написать реакцию окисления щавелевой кислоты перманганатом калия в присутствии серной кислоты.

Задача 2.7. Для определения общей щелочности воды было израсходовано на титрование 3,7 мл 0,1н. раствора соляной кислоты в присутствии индикаторов фенолфталеина и метилового оранжевого. Количество кислоты, израсходованное по фенолфталеину, равно 2,8 мл. Определить общую щелочность, щелочность по фенолфталеину и по метиловому оранжевому, если для исследования было взято 50 мл воды. Какие группы веществ обусловливают щелочность воды, определенной по фенолфталеину и метиловому оранжевому?

Задача 2.8. Для определения общей кислотности воды было израсходовано 4,3 мл 0,1 н. раствора гидроксида натрия в присутствии индикатора фенолфталеина. Определить кислотность воды, если для исследования было взято 50 мл воды. Что понимают под кислотностью воды?

Задача 2.9. Для определения кислотности воды, создаваемой сильными кислотами было израсходовано 3,9 мл 0,1 н. раствора гидроксида натрия в присутствии индикатора метиловый оранжевый. Определить кислотность воды, если для исследования было взято 50 мл воды. Какие реагенты определяют в этих условиях, в каких пределах находится pH раствора?

Задача 2.10. Выразить содержание главных катионов и анионов для среднего состава речной воды в промилле и миллимолях на литр.

Задача 2.11. За 25 лет на планете было рассеяно 1,5 млн тонн опасного пестицида ДДТ. 2/3 этого количества еще не разрушилось. Предположим, что 0,1 % всего количеств ДДТ попало в гидросферу. Какое количество ДДТ присутствует в каждом литре воды при условии равномерного распределения пестицида в водах планеты? Объем воды на Земле взять равным 1,5 ∙10²¹ л. Молекулярная масса ДДТ равна 345,5 г/моль.

Задача 2.12. Почему сточные воды, содержащие сульфид аммония, пахнут сероводородом? Написать уравнение гидролиза сульфида аммония.

Задача 2.13. Ионы свинца, содержащиеся в сточных водах гальванических цехов, можно осадить, используя реакцию с карбонатом натрия. Написать молекулярные и ионные уравнения реакций.

Задача 2.14. Для удаления избытка хлора из питьевой воды используют сульфит натрия. Написать уравнения реакции.

Задача 2.15. При аварии супертанкера «Амоно-Калис» у берегов Франции было выброшено в море 230 тыс. тонн нефти. Рассчитать объем воды, в котором погибла рыба, если гибель рыбы происходит при концентрации нефти 15 мг/л.

Задача 2.16. В результате взрыва танкера «Уирколо» у берегов Испании было выброшено в море 100 тыс. тонн нефти. Какая площадь воды была покрыта при этом нефтяной пленкой, если толщина пленки составила примерно 3 мм, а плотность нефти – 800 кг/м³?

Задача 2.17. При титровании 50 мл пробы сточной воды, содержащей хлор-ионы, было затрачено 7,5 мл 0,1 н. раствора нитрата серебра. Определить содержание в ммоль на литр ионов хлора в пробе, если эквивалентная масса хлорид-иона равна 35,5 г/моль. Сделать вывод о соответствии пробы нормам ПДК по содержанию хлорид-иона.

Задача 2.18. Сколько граммов хлорида натрия содержится в 1 кг морской воды, отобранной в одном из заливов Северного моря, если ее хлорность равна 20 ‰ ? См табл. 2.10.

Задача 2.19. Для определения содержания йода в морской воде было отобрано 50 мл пробы и оттитровано 0,1 н. раствором тиосульфата натрия до обесцвечивания раствора. Объем тиосульфата натрия, пошедший на титрование, составил 4,2 мл. Определить содержание йода в пробе в ммоль на литр. Какой индикатор используется в данном методе титрования? Почему индикатор нельзя добавлять в пробу сразу перед титрованием, как это обычно делают?

Задача 2.20. Как изменится pH водоема, если в результате выпадения кислотных дождей концентрация ионов водорода изменилась с 10^–7 до 10^–5?

Задача 2.21. Какой объем 1 н. раствора гашеной извести необходимо добавлять ежесуточно в сточные воды производства серной кислоты, чтобы нейтрализовать 500 л воды, pH которой равен 3?

Задача 2.22. На ОНПЗ для очистки сточных вод от нефтепродуктов используется установка фирмы «ВЭМКО» производительностью 300 м³/ч. Начальная концентрация нефтепродуктов 7000 мг/л, а после очистки 70 мг/л. Рассчитать, какое количество нефтепродуктов удаляется за год.

Задача 2.23. Какой объем 1 н. раствора гашеной извести необходимо добавлять ежесуточно в сточные воды производства серной кислоты, чтобы нейтрализовать 400 л воды, pH которой равен 2?

Задача 2.24. Определить содержание сухого остатка в речной воде, сделать вывод о соответствии воды нормам ПДК. Масса чашки до прокаливания 14,9554 г, масса чашки после прокаливания 14,9988 г. Объем пробы 400 мл.

Задача 2.25. Определить содержание взвешенных веществ в сточной воде, сделать вывод о соответствии воды нормам ПДК. Масса бюкса с фильтром до фильтрования 25,1401 г, масса бюкса с фильтром после высушивания 25,1490 г. Объем пробы 0,6 л.

Задача 2.26. Ионы железа (III) из раствора, содержащего хлорид железа (III), можно осадить с помощью гидроксида кальция. Какими другими реагентами можно перевести ионы железа (III) в нерастворимое состояние с целью удаления их из сточных вод?

Задача 2.27. Для развития хлорного имбриона необходима щелочная среда. Оценить вероятность заражения человека, если в клинической лаборатории для определения кислотности оттитровали 1 мл желудочного сока 0,1 н. раствором гидроксида натрия до нейтральной среды. Объем гидроксида натрия, пошедший на титрование составил 1 мл.

Задача 2.28. Ионы свинца, содержащегося в сточных водах многих предприятий, можно осадить, используя реакцию с карбонатом натрия или гидроксидом кальция. Написать молекулярное и ионное уравнения реакций. Написать уравнение реакций в молекулярной и ионной форме для обезвреживания сточных вод, содержащих ионы никеля (II), при обработке гидроксидом кальция.

Задача 2.29. Какой минимальный объем природной воды необходим для растворения сероводорода, образовавшегося при окислении 15 г сахара C₁₂H₂₂O₁₁ в процессе восстановления сульфат-ионами или сульфат-редукции, если весь выделившийся сероводород переходит в раствор, в котором концентрация H₂S не должна превышать значений подпороговой концентрации? (ППКорг = 0,05 мг/л)?

Задача 2.30. Какое значение pH следует ожидать в дождевой воде, находящейся в равновесии с атмосферным воздухом, содержащем в качестве примесей («активных компонентов») только оксиды углерода (IV) в количестве 0,035% (об)? На сколько единиц pH оно может измениться при прогнозируемом увеличении содержания оксида углерода (IV) в воздухе в два раза? Принять температуру воздуха равной 298 К, давление 101,3 кПа, парциальное давление паров воды – 3,12∙10^–3 атм.

Задача 2.31. Проба природной воды имеет щелочность, равную 1,1 ммоль/л; значение pH этой воды равно 6, температура 298 К. Оценить концентрацию компонентов карбонатной жесткости в данной пробе, если в соответствии с распределительной диаграммой в этом случае в растворе практически отсутствуют карбанат-ионы.

Задача 2.32. Какое парциальное давление кислорода должно соответствовать редокс-уровню системы, в которой протекает анаэробный процесс восстановления оксида углерода (IV) до метана (pe^– = – 4,2) при наступлении равновесия? pH раствора равен 7.

Задача 2.33. Какое парциальное давление кислорода должно соответствовать редокс-уровню системы, в которой протекает анаэробный процесс восстановления оксида углерода (IV) до метана (pe^– = – 4,2) при наступлении равновесия? pH раствора равен 8,3.

Задача 2.34. Щелочность пробы равна 10 ммоль/л. Какой объем 0,01 н. кислоты потребуется для титрования 50 мл воды?

Задача 2.35. В основе самоочищения водоемов от органических загрязнений лежит процесс их окисления. Если органических веществ в воде мало, они окисляются кислородом, растворенным в воде. Процесс окисления ускоряется под действием солнечного света, способствуют окислению и некоторые микроорганизмы. Предложить химические методы интенсификации процесса окисления органических загрязнений и реагенты, способствующие ускорению процесса окисления органических веществ в воде.

ТЕСТЫ

1. Большое разнообразие вод по химическому составу требует их систематизации. Уточнить данные простейшей классификации по солености (г/л)…

1. пресные…до 0,5; солоноватые…1–10; морской солености…11–15; рассолы…>15;

2. пресные…до 0,2; солоноватые…0,5–10; морской солености…11–20; рассолы…>20;

3. пресные…до 1; солоноватые…1–25; морской солености…26–50; рассолы…>50;

4. пресные…до 5; солоноватые…5–40; морской солености…40–70; рассолы…>70.

2. Говоря об уникальных свойствах воды, детализировать значение аномально высокой теплоемкости воды (она выше, чем у воздуха в 3300 раз)…

1. возрастание давления при 0 °С вызывает превращение льда в жидкость, а это значит, что температура плавления льда снижается:

2. вода может находиться в равновесии в трех фазовых состояниях: жидкое, твердое и газообразное (t = + 0,01 °С, P = 6,03∙10^–3 атм);

3. во сколько раз будет затрачено больше энергии при нагревании 1 л воды на 1 °С, во столько же раз больше ее выделится при охлаждении;

4. в ночное время и при переходе от лета к зиме вода остывает медленно, а днем и при переходе от зимы к лету также медленно нагревается, являясь регулятором температуры на Земле.

3. При какой концентрации кислорода жизнь аэробных организмов в воде невозможна и в каких пределах колеблется содержание оксида углерода (IV) в воде…

1. O₂ 0,1–0,2 мл/л; CO₂ 0,1–0,3 мл/л;

2. O₂ 0,05–0,01 мл/л; CO₂ 0,1–0,9 мл/л;

3. O₂ 0,3–3,5 мл/л; CO₂ 0,2–0,5 мл/л;

4. O₂ 0,4–0,5 мл/л; CO₂ 0,3 мл/л.

4. Указать, какие существуют причины, ограничивающие концентрацию микроэлементов в природных водах…

1. ограничение растворимости тяжелых металлов присутствующими в воде гидроксид- и карбонат-ионами;

2. адсорбция микроэлементов сорбентами (глинистыми минералами; органическими веществами различной степени дисперсности);

3. извлечение микроэлементов живыми организмами;

4. глубинные магматические процессы (выделение газов из магмы и выщелачивание пород на их пути).

5. Низкое содержание кремния в поверхностных водах указывает на наличие в воде процессов, уменьшающих его концентрацию. Указать процессы, вызывающие уменьшение содержания кремния в природных водах…

1. потребление кремния водными организмами, многие из которых строят свой скелет из кремния;

2. кремниевая кислота, как более слабая, вытесняется из раствора угольной кислотой и при определенных условиях переходит в гель;

3. возможность адсорбции органических веществ на поверхности кремния, что снижает его концентрацию;

4. основная часть кремния содержится в виде комплексных катионов в кислой среде и комплексных анионов в щелочной.

6. Баланс океана по ионному составу воды может быть представлен приходной и расходной частью. В чем сущность расходной части? Происходит…

1. растворение осадков на глубинах и дне океана;

2. десорбция из взвесей; ветровой внос; дегазация мантии на дне океана;

3. выпадение в осадок; отделение морей и отдельных заливов; пропитывание ила и пород дна морской водой;

4. ветровой вынос с брызгами воды и испарение с водной поверхности; процесс адсорбции ионов взвесями и осадками.

7. Указать, какие факторы оказывают основное влияние на изменение солености океанской воды…

1. выпадение солей в осадок; прогрев воды;

2. уменьшение плотности поверхностных слоев воды;

3. испарение и выпадение атмосферных осадков;

4. климатические условия, зависящие от широты.

8. Уточнить, какое значение имеет исследование глубоководной фауны океана…

1. при определении возраста глубоководных впадин океана их фауна является почти единственным надежным критерием;

2. стабильность условий жизни и невозможность переселения фауны из одной впадины в другую позволяет реконструировать ход геологической эволюции океана;

3. меняется представление о рельефе дна во многих районах океана;

4. среди обитателей ультраабиссали (организмы, живущие на глубине более 6000 м) открыты крупные животные.

9. Как называется самый холодный слой озера, где он расположен и какую имеет плотность…

1. эпилимнион, образуется наверху, имеет самую низкую плотность;

2. термоклин, средний слой, с низкой плотностью;

3. гиполимнион, располагается у дна, обладает наибольшей плотностью;

4. эстуарии охватывают все глубины, имеют одинаковую температуру и плотность.

10. Выпадение кислотных дождей связано с …

1. изменением солнечной радиации;

2. повышением содержания оксида углерода (IV) в атмосфере;

3. увеличением количества озона в атмосфере;

4. выбросами в атмосферу оксида серы (IV) и оксидов азота.

11. Указать роль болот в природном равновесии…

1. формируют температурный режим подземных вод;

2. своеобразные регуляторы климата как губка впитывают влагу, создавая микроклимат без резких перепадов температур;

3. формируют подземные потоки;

4. кладовые энергии Солнца, здесь растения превращаются в торф – топливо и удобрение.

12. Выделить причины деградации малых рек…

1. нерегулируемый лесосплав, интенсивная антропогенная эрозия почв, способствующая заиливанию;

2. из-за небольшой глубины и низкой скорости течения создается неоднородность состава воды у берегов, повышающая ее минерализацию;

3. чрезмерный водозабор, неправильное проведение лесомелиоративных работ;

4. под влиянием изменений климатических условий и состава пород, слагающих бассейн реки, меняются русла рек.

13. Определить, какие задачи решаются при создании водохранилищ…

1. повысить коэффициент использования поверхностных вод путем регулирования многолетнего и сезонного речного стока до 25 % естественного объема и полностью исключить такие стихийные бедствия, как наводнения;

2. аккумулировать стоки воды для мелиоративных целей, снизить процессы зарастания озер, лиманов и заливов в устьях рек;

3. активизировать техногенное изменение гидрологических условий в примыкающих площадях и в удалении на несколько километров от водоема;

4. изменить режим подземных вод, усилить оползневые процессы до 100–200 м вглубь суши.

14. Проблема недостатка пресной воды возникает по нескольким причинам. Основные из них…

1. неравномерное распределение воды во времени и в пространстве, увеличение потребления воды человечеством;

2. высокая теплоемкость и способность поглощать тепло при испарении;

3. потери воды при транспортировке и использовании, ухудшение качества воды и ее загрязнение;

4. истощение воды в масштабах Земли.

15. Выделяют три класса техногенного загрязнения подземных вод. Первый класс загрязнения включает…

1. подземные воды, в которых содержание загрязняющих веществ и минерализация составляют более 100 ПДК, а площадь загрязнения более 3 км²;

2. подземные воды, в которых содержание загрязняющих веществ и минерализация составляют более 100 ПДК независимо от площади загрязнения;

3. подземные воды, в которых содержание загрязняющих веществ и минерализация составляют 10–100 ПДК, а площадь загрязнения менее 3 км²;

4. части артезианских бассейнов и других гидрогеологических структур.

16. Какие существуют санитарные нормы для температуры водоема в летние и зимние периоды? Какова должна быть тепловая нагрузка на водоем…

1. температура водоема не должна повышаться более чем на 3 °С летом и 5 °С зимой, тепловая нагрузка на водоем не должна превышать 12–17 кДж/м³;

2. температура водоема не должна повышаться более чем на 7 °С летом и 9 °С зимой, тепловая нагрузка на водоем не должна превышать 17–20 кДж/м³;

3. температура водоема не должна повышаться более чем на 1 °С и летом и зимой, тепловая нагрузка на водоем не должна превышать 8–10 кДж/м³;

4. тепловое загрязнение отсутствует, санитарные нормы не предусмотрены.

17. Основными критериями процесса эвтрофикации водоемов являются…

1. ядохимикаты, смываемые водой и распыляемые с самолетов;

2. плотный осадок сточных вод, механические примеси, нефтепродукты;

3. значительное увеличение биомассы фитопланктона при уменьшении разнообразия видов, последовательная смена популяций водорослей с преобладанием сине-зеленых и зеленых водорослей;

4. возрастание мутности воды, увеличение содержания взвешенных частиц, особенно органического происхождения, увеличение соединений фосфора в донных отложениях.

18. Детализировать физико-химические процессы в системе самоочищения водоема…

1. прямое окисление органических веществ растворенным кислородом;

2. постоянный проток, образование нерастворимых соединений, ионообменные процессы;

3. оседание минеральных частиц на участках реки с замедленным течением;

4. насыщение кислородом холодных горных рек;

19. Сейчас обсуждаются причины поднятия уровня Каспийского моря. Но это могут быть…

1. движения земной коры, сжимающие и растягивающие осадочные породы с выдавливанием или поглощением воды моря;

2. геологические – подъем связан с антропогенным воздействием на земные недра Прикаспия (добычи нефти и газа);

3. климатические факторы, приведшие к изменению приходно-расходной части водного баланса моря;

4. сбрасывание неочищенных и условно очищенных сточных вод в количествах 2,5 км³ и 7 км³ в год соответственно.

20. Что реально можно сделать для спасения Черного моря…

1. очистить воду от сероводорода, остановить возрастание количества сероводорода в воде;

2. обеспечить достаточный водообмен со Средиземным морем, остановить процесс засоления воды;

3. в течение ближайших 50 лет добиться сброса в море только очищенных вод, исключить попадания нефтепродуктов с моря и суши, бытовых и промышленных отходов;

4. поднять со дна моря ядовитые захоронения г. Севастополь.

21. Проанализировать, какие изменения происходят в морской воде с повышением солености…

1. соленая вода значительно плотнее пресной, она не поддается достаточному перемешиванию ветрами и течением, застойные явления у дна моря вызывают кислородный голод;

2. наблюдается потепление климата и связанное с ним повышение уровня моря;

3. происходит прогибание дна моря и увеличение естественной сейсмичности;

4. снижается порог замерзания морской воды, задерживается образование льда, и море охлаждается на всю глубину.

22. Мировой океан для жизни человека – это …

1. гигантский фильтр, очищающий воду в процессе круговорота;

2. крупный резервуар биогенных элементов, источник продовольствия, энергии, минеральных ископаемых;

3. параметр, изменяющий орбиту Земли, концентрирующий сульфатные аэрозоли, снижающий солнечную постоянную с разными амплитудами и периодами;

4. экосистема, смягчающая климат Земли благодаря гигантской инерции, переносу тепла к полюсам и формированию солнечного покрова.

23. В чем опасность нефтяного загрязнения Мирового океана…

1. образующаяся тонкая гидрофобная пленка препятствует свободному газообмену с атмосферой, что отрицательно сказывается на океанской флоре и фауне;

2. оказывает замедленное влияние на круговороты кислорода, оксида углерода (IV);

3. способствует фотосинтезу водорослей, хеморецепторным реакциям у морских животных, репродуктивным и пищевым функциям;

4. меняющаяся отражательная способность водной поверхности (альбедо) является причиной изменения теплового баланса и глобальных тепло- и влагопереносов.

24. Природное многообразие экологических и физико-химических факторов существенно влияет на процессы миграции и поглощения радионуклидов при попадании их в водные объекты. Наиболее значимыми являются…

1. наличие органических веществ, тяжелых металлов, жесткость, фотосинтез;

2. сухой остаток, взвешенные вещества, плотность, соленость;

3. видовые особенности гидробионтов, тип донных отложений, концентрирование в воде изотопных и неизотопных носителей;

4. освещенность, pH, температура, сезон года, уровень трофности.

25. С каскада Волжско-Камских водохранилищ ежегодно испаряется около 6 км³ воды. Как это влияет на климатические условия Волжско-Камского бассейна…

1. понижается температура воздуха, возникают туманы;

2. различие тепловых балансов водохранилищ и прилегающей суши обусловливает формирование местных ветров – типа бризов;

3. усиливается прогревание воды, что снижает концентрацию кислорода и создает условия для зарастания водоема и интенсивного развития водорослей;

4. продукты аккумуляции делают проблематичным возможность использования территорий, занимаемых водохранилищами, после их ликвидации.

26. Подчеркнуть уникальность воды в Ладожском озере…

1. с помощью регулирования поверхностного стока можно повысить коэффициент использования водных ресурсов озера;

2. содержит в два раза меньше минеральных солей, чем байкальская, а по мягкости почти не отличается от дождевой;

3. на юго-восточном берегу гнездятся многочисленные колонии птиц, это одна из их стоянок на пути, по которому ежегодно мигрируют миллионы птиц;

4. повышенное содержание сероводорода, фосфат- и нитрат-ионов, изменение содержания кислорода, разрастание водорослей.

27. Выделить черты уникальности водоема Байкал…

1. содержание растворимых солей 100–120 мг/л, изменение содержания солей с глубиной незначительно, пополнение воды за счет ювинальных вод, поступающих через разломы дна из мантии земли;

2. прозрачность воды, невооруженным глазом просматривается предмет до 40 м, основа планктона – рачок эпишура, имеющий фильтрационный тип питания и пропускающий через себя до 1000 км³ воды в год;

3. сбалансированность водоема, когда испарение (9,26 км³ в год) компенсируется выпадающими на его поверхность осадками, вся вода, приносимая 366 реками (6,09 км³ в год), выносится единственной рекой Ангарой.

4. бедность воды питательными веществами, низкие температуры (не выше 12 °С), высокая чувствительность многих организмов к изменению фактора среды.

28. Ртуть – первый металл, для которого было обнаружено биоконцентрирование в водной среде. С чем связана токсичность ртути…

1. с агглютинацией эритроцитов, ингибированием ферментов, свертыванием белков;

2. с липофильностью (взаимодействию с жирами), обусловливающей большой период полувыведения из организма (70–80 дней);

3. с увеличением каталитической активности карбоангидразы;

4. с увеличением скорости метаболизма.

29. Отравление организма человека ионами кадмия происходит не только продуктами питания, воздухом, но и питьевой водой.

Каковы сведения о токсическом действии кадмия на организм человека…

1. избыточное содержание ионов кадмия вступает в конкуренцию с ионами цинка, тормозя действие цинксодержащих ферментов, и нарушает нормальное функционирование почек;

2. нарушает перенос ионов натрия и калия через мембраны, т.е. нарушает работу натрий-калиевого насоса, замедляет функционирование гемоглобина, как переносчика кислорода от легких к тканям;

3. блокирует ферментные системы в печени, содержащие сульфидгидрильные группы, время «полураспада» соединений кадмия в организме составляет 10–30 лет;

4. нарушает минерализацию костей (это связано с близостью ионных радиусов Cd²⁺= 97 пм, Ca²⁺= 99 пм) и ведет к образованию апатита несовершенной структуры.

30. Поверхностно-активные вещества (ПАВ), используемые в промышленности и в быту как моющие средства и эмульгаторы, плохо поддаются биохимическому разложению в водоемах. Существует целый ряд и других проблем…

1. незначительной концентрации ПАВ (до 0,1 мг/л) достаточно, чтобы активизировать токсичные вещества, адсорбированные на донных осадках, угроза и для грунтовых вод;

2. уничтожают отдельные виды деревьев, овощей, декоративных растений;

3. усиливают вредное действие ядерных излучений на живые организмы;

4. парализуют деятельность микроорганизмов, ухудшают органолептические свойства воды, способствуют развитию процесса эвтрофикации водоемов.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какой водный потенциал России?

2. Естественные и антропогенные источники загрязнения воды.

3. Пресная вода – ограниченный и уязвимый ресурс.

4. Структура запасов пресных вод.

5. Сезонное распределение ресурсов пресных вод.

6. Характеристика водных ресурсов России. Экологический регресс.

7. Загрязнение подземных вод.

8. Агрегатные состояния подземных вод.

9. Виды загрязнения вод.

10. Понятие «эвтрофикация вод» (природная, антропогенная).

11. Физико-химические процессы самоочищения природных вод.

12. Как классифицируют природные воды по величине жесткости? Какую жесткость имеют природные воды, наиболее широко представленные в вашей местности?

13. Какие проблемы гидросферы вы бы отнесли к глобальным? Почему?

14. Как выразить концентрацию примесей в воды в промилле?

15. Какие анионы и катионы, содержащиеся в природных водах, называют главными? Почему?

16. Какие значения pH должны иметь атмосферные осадки, если «активные примеси» в атмосферном воздухе представлены только оксидом углерода (IV)?

17. Что такое кислотные дожди?

18. С присутствием каких соединений в атмосферном воздухе связано образование кислотных дождей?

19. Что такое щелочность природных вод?

20. Как экспериментально определяют щелочность природных вод?

21. Какие природные источники поступления главных ионов в подземную воду вы знаете?