Лекція 4Лекція 4

Біотехнологія очищення Біотехнологія очищення водного басейнуводного басейну

Ресурси прісної води на Ресурси прісної води на планеті.планеті.Прісна вода на планеті складає 3% від загальних Прісна вода на планеті складає 3% від загальних

запасів, причому ¾ прісної води складають запасів, причому ¾ прісної води складають льди Арктики і Антарктиди, 1/5- підземні води.льди Арктики і Антарктиди, 1/5- підземні води.

Лише 1% прісної води циркулює в ріках і Лише 1% прісної води циркулює в ріках і озерах.озерах.

Але, у результаті постійного зростання Але, у результаті постійного зростання водоспоживання, відбувається виснаження водоспоживання, відбувається виснаження ресурсів прісних вод внаслідок забруднення ресурсів прісних вод внаслідок забруднення

джерел прісних вод, безповоротного джерел прісних вод, безповоротного розходування води.розходування води.

Загальне споживання прісних вод з Загальне споживання прісних вод з року в рік зростає у всіх регіонах року в рік зростає у всіх регіонах

світу.світу.Якщо на початку ХХ сторіччя людство Якщо на початку ХХ сторіччя людство

споживало 400кмспоживало 400км33 води на рік, то до води на рік, то до кінця сторіччя ця цифра зросла у кінця сторіччя ця цифра зросла у

десять разів і складає 4000кмдесять разів і складає 4000км33,тобто ,тобто біля 10% об’єму всього світового біля 10% об’єму всього світового

річкового стоку.річкового стоку.

На сьогодняшній день постійний На сьогодняшній день постійний дефіцит води відчуває ¼ дефіцит води відчуває ¼

населення Землі.населення Землі.

ОХОРОНА ВОДНИХ ОХОРОНА ВОДНИХ РЕСУРСІВРЕСУРСІВ

ПЕРЕХІД НА ЗАМКНЕНЕ ОБОРОТНЕ

ВОДОПОСТАЧАННЯ

БІОЛОГІЧНЕ ОЧИЩЕННЯ; ВИКОРИСТАННЯ СТІЧНИХ ВОД ДЛЯ ЗРОШУВАННЯ

ЗНИЖЕННЯ ЗНИЖЕННЯ ВОДОЄМКОСТІВОДОЄМКОСТІ

Основні види світового Основні види світового водоспоживанняводоспоживання

• Зрошувальне землеробство.Зрошувальне землеробство.

• Комунально-побутове господарство.Комунально-побутове господарство.

• Промислово-енергетичне споживання.Промислово-енергетичне споживання.

Сумарне використання Сумарне використання водних ресурсів водних ресурсів

перевищило 3500 кмперевищило 3500 км33. .

Основна галузь Основна галузь водовикористання – водовикористання –

зрошувальне землеробствозрошувальне землеробство

Витрати води у зрошувальному землеробствіВитрати води у зрошувальному землеробстві

ЄвропаЄвропа 1717 110110 9595 1515 1919 130130 105105 2525

АзіяАзія 140140 13001300 980980 320320 165165 15015000

11301130 360360

АфрикаАфрика 1111 120120 8585 3535 1515 165165 110110 5050

ПівнічнаПівнічнаАмерикаАмерика

2929 330330 215215 115115 3535 390390 260260 140140

ПівденнаПівденнаАмерикаАмерика

99 7070 5555 1515 1111 9595 7070 2525

АвстраліяАвстраліяІ ОкеаніяІ Океанія

22 2020 1010 33 33 2020 1515 55

Колишній Колишній СРСРСРСР

2020 260260 180180 8080 2424 300300 210210 9595

Світ в Світ в ціломуцілому

228228 22102210 16201620 583583 272272 26026000

19001900 700700

РегіониРегіони

Сучасний станСучасний стан Прогноз на середину XXI сторіччяПрогноз на середину XXI сторіччяЗрошуЗрошу

вальні вальні землі,землі,

млн. гамлн. га

ВодоВодо

забір , забір , кмкм33

НеобернНеобернений ений розход, розход, кмкм33

ОберненОбернені води, і води, кмкм33

ЗрошуЗрошу

вальні вальні землі,землі,

млн. гамлн. га

ВодоВодо

забір , забір , кмкм33

НеобернНеобернений ений розход, розход, кмкм33

Обернені Обернені води, кмводи, км33

Комунально-побутове господарство

Цей вид розходування водних Цей вид розходування водних ресурсів пов’язаний із ресурсів пов’язаний із

споживанням води населенням споживанням води населенням міст та сільської місцевості. міст та сільської місцевості.

Основні вимоги висуваються до Основні вимоги висуваються до якості води.якості води.

Критерії якості питної водиКритерії якості питної води

1.1. Органолептична Органолептична сприйнятливість.сприйнятливість.

2.2. Епідемічна небезпека та безпека.Епідемічна небезпека та безпека.

3.3. Хімічні домішки у воді та здоров’я Хімічні домішки у воді та здоров’я людини.людини.

Органолептичні показники Органолептичні показники питної водипитної води

Термін Термін «органолептика»«органолептика» утворений утворений сполученням грецьких слів «орган» і сполученням грецьких слів «орган» і «лептикос» - схильний до визнання, «лептикос» - схильний до визнання, схвалення.схвалення.

Органолептичні властивостіОрганолептичні властивості – властивості, – властивості, визначені за допомогою органів почуттів визначені за допомогою органів почуттів (аналізаторів кольору, запаху, смаку). (аналізаторів кольору, запаху, смаку).

Вода повинна бути приємною на смак, Вода повинна бути приємною на смак, безбарвною, абсолютно прозорою.безбарвною, абсолютно прозорою.

Епідемічна безпечність питної Епідемічна безпечність питної водиводи

• Санітарно показниковий мікроорганізм Санітарно показниковий мікроорганізм Escherichia Escherichia colicoli (кишкова паличка), є достовірною ознакою (кишкова паличка), є достовірною ознакою фекального забруднення й ознакою ймовірного фекального забруднення й ознакою ймовірного влучення у воду різних збудників захворювань. влучення у воду різних збудників захворювань. Тільки в тих випадках, коли кількість кишкових Тільки в тих випадках, коли кількість кишкових паличок на 1 дмпаличок на 1 дм33 води не перевищує трьох, вода води не перевищує трьох, вода може вважатися безпечною в бактеріальному може вважатися безпечною в бактеріальному відношенні. відношенні.

• Показником епідемічної безпеки є і загальна Показником епідемічної безпеки є і загальна кількість бактерій, які містяться у 1 смкількість бактерій, які містяться у 1 см33 води - води - мікробне число. Воно не повинне перевищувати 100.мікробне число. Воно не повинне перевищувати 100.

• Є й методи виявлення у воді патогенних Є й методи виявлення у воді патогенних мікроорганізмів. Використовуються вони в мікроорганізмів. Використовуються вони в особливих випадках, пов'язаних з епідемічною особливих випадках, пов'язаних з епідемічною обстановкою, що склалася.обстановкою, що склалася.

Вплив різних хімічних Вплив різних хімічних домішок у воді на здоров'я домішок у воді на здоров'я

людинилюдиниЯкість води Вплив на здоров'я

1. Вода з підвищеним вмістом хлоридів і сульфідів

Негативно впливають на функції системитравлення. Мінералізація до 3 г/л негативновпливає на протікання вагітності й пологів, наплід і немовля, збільшує ризик генетичнихзахворювань.

2. Вода з підвищеним вмістом кальцію

Сприяє каменеутворенню у нирках і сечовомуміхурі.

3. Слабкомінералізовані води (з вмістом солей до 50 мг/л)

Погіршують водно-сольовий обмін, функції шлунку. Погано вгамовують спрагу.

4. Вода з дефіцитом деяких мікроелементів (фтору, йоду)

Дефіцит фтору впливає на стан зубів, причомуй у випадках підвищеного вмісту. Дефіцитйоду викликає таке захворювання як ендемічний зоб.

5. Жорстка водаПитання дискусійне. Більшість ученихвважають, що, чим м'якша вода, тим більшеймовірність серцево-судинних захворювань.

6. Присутність у воді металів у концентраціях, що перевищують ПДК

Токсичний ефект розвивається поступово, уміру нагромадження металів в організмі.Свинець викликає захворювання нервової йкровоносної систем організму; кадмій, хром –захворювання нирок; ртуть – центральноїнервової системи, вивідної й кровоносноїсистем; цинк - рухового апарата (м'язів),розлад діяльності шлунку; миш'як - печінки,нирок, легенів, серцево-судинної системи.

7. Вода з підвищеною концентрацією нітратів

Викликає захворювання крові, особливо вдітей (дитячий ціаноз), пов'язане з появою вкрові форми гемоглобіну (метгемоглобіну),не здатного до переносу кисню.

Вимоги до мікробного складу, фізичних і Вимоги до мікробного складу, фізичних і хімічних характеристик води згідно хімічних характеристик води згідно

ДЕРЖСТАНДАРТ 2874-82 «Вода питна»ДЕРЖСТАНДАРТ 2874-82 «Вода питна» Деякі гранично припустимі рівні вмісту хімічних речовин Деякі гранично припустимі рівні вмісту хімічних речовин

за ДСТ:за ДСТ:• водневий показник (рН) -від 6,0 до 9,0;водневий показник (рН) -від 6,0 до 9,0;• жорсткість загальна (мг екв/л)- до 7,0; жорсткість загальна (мг екв/л)- до 7,0; • залізо (мг/л)- до 0,3;залізо (мг/л)- до 0,3;• марганець (мг/л)- до 0,7;марганець (мг/л)- до 0,7;• мідь (мг/л)- до 1,0;мідь (мг/л)- до 1,0;• хлориди (мг/л)- до 350;хлориди (мг/л)- до 350;• цинк (мг/л)- до 5,0цинк (мг/л)- до 5,0• берилій (мг/л,)-до 0,0002;берилій (мг/л,)-до 0,0002;• алюміній (мг/л)- до 0,5;алюміній (мг/л)- до 0,5;• свинець (мг/л)- до 0,03.свинець (мг/л)- до 0,03.

Процеси, які використовуються для Процеси, які використовуються для одержання питної води на одержання питної води на водопровідних станціях:водопровідних станціях:

• Усунення водоростей і інших організмів за допомогою Усунення водоростей і інших організмів за допомогою мікросит;мікросит;

• Очищення води у відстійниках від грубих суспензій і Очищення води у відстійниках від грубих суспензій і освітлення;освітлення;

• Коагуляція - хімічна обробка води – як правило, Коагуляція - хімічна обробка води – як правило, сірчанокислим алюмінієм, під впливом якої завислі сірчанокислим алюмінієм, під впливом якої завислі частки більшають, злипаються й випадають у вигляді частки більшають, злипаються й випадають у вигляді великих пластівців у осад;великих пластівців у осад;

• Фільтрація через шари кварцового піску, у результаті Фільтрація через шари кварцового піску, у результаті якої затримуються завислі частки, на 70-80% якої затримуються завислі частки, на 70-80% знижується вміст мікроорганізмів;знижується вміст мікроорганізмів;

• Знезараження, яке включає:Знезараження, яке включає:а)хлорування води (іноді доводиться а)хлорування води (іноді доводиться

дехлорувати воду, щоб усунути неприємний запах);дехлорувати воду, щоб усунути неприємний запах);б)озонування;б)озонування;в)обробка ультрафіолетовими променями, в)обробка ультрафіолетовими променями,

світловий спектр яких з довжиною хвилі 254-557 ммк світловий спектр яких з довжиною хвилі 254-557 ммк викликає загибель бактерій.викликає загибель бактерій.

Промислово-енергетичне Промислово-енергетичне споживання водиспоживання води

У промисловості вода використовується: У промисловості вода використовується: • як розчинник; як розчинник; • входить до складу готової продукції;входить до складу готової продукції;• для охолодження агрегатів і механізмів, для охолодження агрегатів і механізмів,

що нагріваються в процесі виробництва;що нагріваються в процесі виробництва;• для мийки деталей і вузлів;для мийки деталей і вузлів;• для видалення відходів виробництва. для видалення відходів виробництва. Цей вид споживання має найменші Цей вид споживання має найменші

показники безповоротного споживання.показники безповоротного споживання.

Використання води в Використання води в промисловості та енергетиці, промисловості та енергетиці,

кмкм33 на рік на рікРегіони

Сучасний час Прогноз на середину XXI століття

Водозабір,км3

Безповоротнівитрати, км3

Стічніводи,км3

Водозабір,км3

Безповоротнівитрати, км3

Стічніводи,км3

Європа 193 19 174 200-210 30-37 160-175

Азія 118 30 88 320-340 65-70 215-270

Африка 6,5 2 4,5 30-35 5,1 25

ПівнічнаАмерика

294 29 265 363-370 50-60 310

ПівденнаАмерика

30 6 24 100-110 20-25 60-87

Австралія іОкеанія

1,5 0,1 1,5 3,4 1 2,3

Колишній СРСР

117 11,9 105 140-150 20-27 120-130

Загальні показники Загальні показники

забруднення стічних водзабруднення стічних вод Стічні водиСтічні води – це води, якість яких була погіршена у результаті – це води, якість яких була погіршена у результаті

побутової або виробничої діяльності людинипобутової або виробничої діяльності людиниПід Під якістю водиякістю води розуміють сукупність її характеристик і розуміють сукупність її характеристик і

властивостей, обумовлених природою і концентрацією домішок, властивостей, обумовлених природою і концентрацією домішок, що містяться в ній. що містяться в ній.

У зв'язку з неможливістю індивідуального аналітичного У зв'язку з неможливістю індивідуального аналітичного визначення всіх присутніх у стічній воді з'єднань прибігають до визначення всіх присутніх у стічній воді з'єднань прибігають до сумарної оцінки їхнього вмісту. сумарної оцінки їхнього вмісту.

До загальних показників забруднення стічних вод варто віднести До загальних показників забруднення стічних вод варто віднести ті, котрі характеризують загальні властивості води: ті, котрі характеризують загальні властивості води:

• органолептичні, органолептичні, • фізико-хімічні, фізико-хімічні, • вміст нерозчинних домішок (вміст зважених речовин або вміст нерозчинних домішок (вміст зважених речовин або

зольність), зольність), • концентрацію розчинених речовин (загальний вміст органічних концентрацію розчинених речовин (загальний вміст органічних

і неорганічних домішок, "органічний" вуглець), і неорганічних домішок, "органічний" вуглець), • перманганатну і дихроматну окиснюваність (хімічне перманганатну і дихроматну окиснюваність (хімічне

споживання кисню - ХСК), споживання кисню - ХСК), • біохімічне споживання кисню (БСК).біохімічне споживання кисню (БСК).

Загальні показники Загальні показники забруднення стічних водзабруднення стічних вод

• Хімічне споживання кисню (ХСК).Хімічне споживання кисню (ХСК). Методика заснована на окиснюванні Методика заснована на окиснюванні речовин, що є присутніми у стічних речовин, що є присутніми у стічних водах, 0,25%-вим розчином дихромату водах, 0,25%-вим розчином дихромату калію при кип'ятінні проби протягом 2 калію при кип'ятінні проби протягом 2 год у 50%-вому (за об’ємом) розчині год у 50%-вому (за об’ємом) розчині сірчаної кислоти. Для повноти сірчаної кислоти. Для повноти окиснювання органічних речовин окиснювання органічних речовин застосовується каталізатор - сульфат застосовується каталізатор - сульфат срібла. срібла.

Загальні показники Загальні показники забруднення стічних водзабруднення стічних вод

• Біохімічне Біохімічне споживання кисню споживання кисню (БСК).(БСК). Вимірюється Вимірюється кількістю кисню, що кількістю кисню, що витрачається витрачається мікроорганізмами при мікроорганізмами при аеробному біологічному аеробному біологічному розкладанні речовин, розкладанні речовин, що містяться в стічних що містяться в стічних водах за стандартних водах за стандартних умов протягом умов протягом визначеного інтервалу визначеного інтервалу часу.часу.

Рис. Респітометр:1 – ферментер; 2 – ємність із газовою сумішшю; 3 – прилад-регістратор;

4 – адсорбер.

Доступність деяких органічних сполук для біологічного окиснення (мг О2/ мг речовини):

Органічні сполукиХСК БСК5 БСКп

Метиловий спирт 1,5 1,19 1,2

Етиловий спирт 2,08 1,25 1,85

Бутиловий спирт 2,95 1,2 1,25

Мурашина кислота 0,35 0,12 0,28

Оцтова кислота 1,07 0,77 0,86

Масляна кислота 1,82 1,4 1,4

n-Амінофенол 1,0 0,0 0,0

Оксіметилфурфурол 0,0 0,71 1,0

Бензол 2,38 1,1 1,1

Біоіндикація та Біоіндикація та біотестуваннябіотестування

• Біоіндикація – оцінка якості середовища та деяких Біоіндикація – оцінка якості середовища та деяких його характеристик за станом її біоти у природних його характеристик за станом її біоти у природних умовахумовах

• Біоіндикатори (від грец. «життя» та лат. «вказую») Біоіндикатори (від грец. «життя» та лат. «вказую») - організми присутність, кількість або особливості - організми присутність, кількість або особливості розвитку яких є показниками природних процесів, розвитку яких є показниками природних процесів, умов або антропогенних змін середовищаумов або антропогенних змін середовища

• Біотестування – оцінка токсичних ефектів дії Біотестування – оцінка токсичних ефектів дії токсичних речовин та їх сумішей за фізіологічними, токсичних речовин та їх сумішей за фізіологічними, морфологічними та поведінковими реакціями, зміні морфологічними та поведінковими реакціями, зміні виживає мості, плодючості тест-організмів у виживає мості, плодючості тест-організмів у стандартних лабораторних умовах.стандартних лабораторних умовах.

• Гідробіонти – (від грец. «вода» та «той, що живе») – Гідробіонти – (від грец. «вода» та «той, що живе») – представники всіх царств живої природи, які представники всіх царств живої природи, які населяють морські та материкові водні системинаселяють морські та материкові водні системи

Гідробіонти, які використовуються у Гідробіонти, які використовуються у біотестуванні якості водибіотестуванні якості води

• Риби (“рибна проба”)Риби (“рибна проба”)

• Найпростіші тварини Найпростіші тварини (інфузорії, (інфузорії, ракоподібні тощо)ракоподібні тощо)

• ФітопланктонФітопланктон

• Вищі рослиниВищі рослини

• МікроорганізмиМікроорганізми

Рис. Дафнія (Daphnia pulex )

Найкрасивіша річка на Найкрасивіша річка на ЗемліЗемлі

• Саме під такою назвою Саме під такою назвою відома колумбійська ріка відома колумбійська ріка Каньо–Кристалес, або Ріка Каньо–Кристалес, або Ріка пп’’яти кольорів. яти кольорів.

• Вік гірського хребта Вік гірського хребта Макарена, з якого вона Макарена, з якого вона бере початок — 1млн бере початок — 1млн 200тис років. 200тис років.

• Жовтий, чорний, червоний, Жовтий, чорний, червоний, бірюзовий і зелений колір бірюзовий і зелений колір зз’’являється завдяки являється завдяки різноманітним різноманітним водоростям, які ростуть водоростям, які ростуть тільки тут  — тільки тут  — Сlavija Сlavija macarinencemacarinence. Їх довгі нитки . Їх довгі нитки застеляють дно яскравою, застеляють дно яскравою, мм’’якою ковдрою. А сама якою ковдрою. А сама вода настільки чиста, що є вода настільки чиста, що є практичнопрактично дистильованою. дистильованою.