Полный текст:
Содержание
Введение 3
1. Критерии
степени загрязнения вод 3
2.
Загрязняющие вещества в сточных водах 6
3.
Отдельные виды загрязнений стоков и их последствия 7
4.
Методы очистки сточных вод 14
Заключение 19
Литература 22
Введение
Загрязнение окружающей природной среды — это поступление в
нее веществ (твердых, жидких, газообразных), биологических агентов, энергии в
количествах или концентрациях, превышающих естественный для данной экосистемы
уровень. Одна из главных причин загрязнения водной оболочки Земли, приводящая к
дефициту чистой пресной воды, — сброс в поверхностные (а через почву и в
подземные) водоемы неочищенной или недостаточно очищенной воды, содержащей
загрязняющие вещества.
Как отмечается в Декларации ООН «Об окружающей среде», любое
вещество считается загрязнителем, если оно встречается в ненадлежащем месте, в
ненадлежащем количестве и в ненадлежащее время. И эти место, количество и
время «назначает» уже не природа — распорядительница жизни на Земле, а
индустрия, создающая свои незамкнутые техногенные круговороты веществ, что
приводит к антропогенному загрязнению всех компонентов биосферы.
1.
Критерии степени загрязнения вод
Критерием загрязненности воды выступают ухудшение ее
качества вследствие изменения органолептических свойств (неприятный запах,
привкус, повышенная жесткость и т. п.) и наличие вредных веществ, влияющих на:
процессы
естественного самоочищения водоемов;жизнедеятельность
водных организмов;здоровье
человека при использовании воды для
водоснабжения населения.
Естественное самоочищение воды происходит биологическим
путем: аэробные микроорганизмы питаются органическими веществами, в том числе
и загрязнителями. Их активная деятельность обусловлена присутствием в воде
достаточного количества растворенного кислорода. Если содержание органических
веществ велико, то продукты метаболизма аэробов (нитраты, фосфаты и др.) начинают
стимулировать рост водорослей, зоопланктона и размножение представителей
высшей фауны, которые потребляют кислород при дыхании. С ростом числа живых организмов
в воде увеличивается и число отмирающих, а для аэробного разрушения органических
остатков также требуется кислород. Расход кислорода уже не восполняется за счет
фотосинтеза. В итоге происходит массовая гибель аэробных организмов и столь же
массовое размножение анаэробных, которые разрушают биомассу посредством
брожения. Такой переход от аэробного состояния воды к анаэробному называют
опрокидыванием. Естественные водоемы при этом теряют способность к
самоочищению.
Итак, главную роль в процессах
самоочищения воды от неорганических и органических загрязнителей играет
растворенный в воде кислород. Уровень загрязнения воды (и возможность ее
очищения) определяется потребностью воды в кислороде. При этом различают
биологическую потребность в кислороде (мг кислорода в расчете на 1 л воды, ВПК, мг/л) — массу
растворенного в воде кислорода, необходимого для биологического окисления тех
компонентов загрязнения, которые микроорганизмы используют для своей
жизнедеятельности, и химическую потребность в кислороде (ХПК, мг/л) — массу
растворенного в воде кислорода, обеспечивающего более полное, химическое,
окисление органических и неорганических веществ, находящихся в сточной воде.
Важнейшая характеристика при нормировании содержания
загрязняющих веществ в воде — предельно допустимая концентрация (ПДК, мг/л) —
максимальная масса загрязняющего вещества, содержащаяся в единице объема
воды, при превышении которой она становится непригодной для установленного
вида водопользования. При этом значение ПДК зависит от характера водопользования:
питьевая вода, вода рыбохозяйственных водоемов или техническая вода.
При концентрации загрязняющего вещества с (мг/л), равной или
меньше ПДК (с < ПДК), вода безвредна для всего живого, как и вода, в которой
полностью отсутствует данный загрязнитель.
В экологии принято определять степень загрязнения в единицах
ПДК. Так, если концентрация фенола в водоеме хозяйственно-питьевого назначения
составляет 0,1 мг/л, то при ПДК этого загрязнителя, равном 0,01 мг/л, говорят,
что степень загрязнения водоема по фенолу равна 10 ПДК.
Значения ПДК зависят от признака вредности. Например, ионы
меди оказывают токсическое действие при концентрации 10 мг/л, нарушают процессы
самоочищения воды при концентрации 5 мг/л, а придают воде привкус при
концентрации 1 мг/л.
ПДК того или иного вредного вещества устанавливают по
лимитирующему признаку вредности (ЛПВ) — признаку вредного действия
загрязняющего вещества, который характеризуется наименьшей пороговой
концентрацией. Таким образом, ЛПВ создает некоторый запас надежности по другим
признакам вредности. В приведенном примере ПДК для меди равна 1 мг/л, т. е.
выбрана по органолептическому ЛПВ.
Сравнение ПДК, действующих в Российской Федерации в
соответствии с Законом об охране окружающей природной среды, со стандартами,
действующими в США и европейских странах, показывает, что российские нормы в
80 % случаев более жесткие. Из этого можно сделать неверный вывод, что в России
обеспечивается более надежная очистка загрязненной воды. На самом деле это не
так. Многие российские стандарты сегодня технически недостижимы, существующие
аналитические методы контроля не позволяют определять столь низкие концентрации
(особенно если загрязнителей несколько) или не разработаны вообще.
Почти полвека сохраняется критическая ситуация на Волге. В
бассейне реки, который охватывает 136 млн. га Русской равнины, проживают 63
млн. человек и сосредоточено более 60 % промышленного и половина
сельскохозяйственного потенциала России, дающих не только продукцию, но и 40 %
(!) всех сточных вод страны. Большая часть из 300 крупных предприятий
химической, металлургической, оборонной промышленности, находящихся на
берегах Волги и ее притоков, по-прежнему сбрасывают стоки через примитивные,
устаревшие очистные сооружения либо вообще без всякой очистки. Немалое
токсическое воздействие на Волгу оказывают и колоссальные по объему коммунальные
стоки. В крупнейшую реку Европы ежегодно сбрасывается около 20 км3 сточных вод
(половина из них — загрязненные), что составляет почти 10 % годового стока
реки. Каскад водохранилищ при ГЭС резко замедлил течение воды: раньше вода с
верховьев реки попадала в море через 1,5 месяца, сейчас — через 1,5 года.
Замедление течения воды в десятки раз снизило способность реки к самоочищению,
в волжской воде обнаружено более миллиона (!) химических соединений, многие из
которых токсичны. И такая река — источник водоснабжения всех прилегающих к ней
городов, поселков и деревень, при этом забор воды в поселках и деревнях идет
непосредственно из реки, минуя какие-либо очистные сооружения.
2. Загрязняющие
вещества в сточных водах
Состав загрязняющих
веществ в сточных водах и их концентрации зависят от источника
загрязнения, характера и технологии производственного процесса, при этом загрязняющие
вещества могут находиться в различных агрегатных состояниях.
Степень загрязнения дождевых стоков зависит от общей
санитарной обстановки населенного пункта. Общепринятая технология уборки улиц
не обеспечивает полного удаления загрязнений. Мусор с проезжей части содержит
не только кусочки почвы, песок или глину (на поверхности таких частиц могут
находиться патогенные микроорганизмы и вирусы), но и значительное количество
органических веществ, биогенов, нефтепродуктов (бензин, мазут), поваренной соли
и других реагентов, используемых для таяния льда и снега в зимнее время, солей
тяжелых металлов.
Сточные воды металлургических заводов, предприятий,
производящих строительные материалы, горно-обогатительных комбинатов содержат
взвешенные частицы неорганических веществ. Поверхностные стоки золоотвалов
ТЭЦ, деревообрабатывающих и целлюлозно-бумажных комбинатов содержат фенолы в
различных агрегатных состояниях. Сточные воды предприятий пищевой и легкой
промышленности содержат в основном нетоксичные органические вещества, а
химических комбинатов, нефтеперерабатывающих заводов — токсичные. В стоках металлургических
комбинатов, гальванических цехов содержатся неорганические примеси со
специфическими токсическими свойствами (ионы тяжелых металлов). Много загрязняющих
веществ содержится в сточных водах машиностроительных заводов: соли, кислоты,
щелочи, хром, свинец, медь, алюминий, краски, органические соединения, масла
и т. п.
На энергетических предприятиях (кроме атомных электростанций)
вода, используемая для охлаждения различных агрегатов, остается практически
чистой и может (после охлаждения) использоваться в оборотных системах без
очистки. Однако сброс в водоемы чистой, но теплой воды из систем охлаждения —
опасное для водной биоты тепловое загрязнение.
Специфические загрязнители содержатся в стоках
агропромышленных комплексов (удобрения, различные пестициды, навозная жижа и
моча с животноводческих ферм).
3. Отдельные
виды загрязнений стоков и их последствия
Поваренная
соль
Достаточно распространенный вид загрязнения, носящий
сезонный характер, -загрязнение водоемов поваренной солью NaCl, которую используют для таяния льда
и снега в зимнее время. Поваренная соль в широком диапазоне концентраций нетоксична
для большинства живых организмов.
Для хлоридов нет общепринятых норм для внутренних водоемов,
допустимая засоленность зависит от общей загрязненности воды. В среднем
максимальная допустимая концентрация хлоридов составляет 2500 мг/л, при
повышении общей загрязненности воды другими веществами этот порог снижается.
При очень сильном загрязнении водоемов хлоридами происходит гибель высшей
водной биоты — рыбы.
Содержание хлоридов в воде определяет и ее пригодность для
питья и полива растений. Для питьевой воды значение ПДК хлоридов, выбранное по
органолептическому признаку, составляет 200 мг/л (при большем содержании вода
либо солона, либо горька). В воде, используемой для полива в парниках и
оранжереях, предельно допустимая концентрация хлоридов составляет 50-300 мг/л
в зависимости от вида растений.
Тяжелые
металлы
Попадание в сточную воду тяжелых металлов связано с
деятельностью предприятий различных отраслей (целлюлозно-бумажной,
металлургической, авто- и авиастроительной, кожевенно-текстильной, химической
и др.), а также с вымыванием этих металлов из свалок промышленных и бытовых
отходов атмосферными осадками и поступлением их в грунтовые воды.
Обычно тяжелые металлы скапливаются в
донных отложениях водоемов в виде карбонатов, сульфатов или сульфитов, адсорбируются
минеральными и органическими осадками. При наступлении адсорбционной
насыщенности осадков тяжелые металлы оказываются в воде; в половодье, когда вешние
воды уносят донные отложения, происходит разнос тяжелых металлов по большой
территории. Переход тяжелых металлов из донных отложений в воду возможен также
при повышении кислотности воды. Находясь в воде, тяжелые металлы включаются в
цепи питания-живых организмов — водорослей, зоопланктона, рыб, человека.
Например, такой жизненно необходимый элемент (биоген), как
марганец, может оказаться очень токсичным. При окислении он выпадает в воде в
виде нерастворимого оксида Мп02, который с помощью анаэробных микроорганизмов
переходит в растворимый в воде и токсичный ион Мп2+:
Мп02 + 4Н+ + 2ё —- Мп2+ + 2Н20.
Участие тяжелых металлов и других устойчивых токсинов в цепи
питания и впечатляющий пример опасности, которой подвергаются здоровье и
жизнь человека из-за загрязнения ими воды, можно проиллюстрировать на примере
ртути — первого металла, для которого была обнаружена биоаккумуляция и новая
техногенная болезнь — болезнь Минаматы.
У жителей бухты Минаматы, на юге Японии, считавшейся
«морским садом» благодаря богатству и разнообразию морских организмов, в 1956 г. была обнаружена неизвестная
ранее болезнь, выражавшаяся в нарушении слуха, зрения и обоняния, а затем и в
психических отклонениях в поведении людей. До обнаружения источника этого заболевания
треть заболевших умирали. Разгадать загадку помогли исчезнувшие из поселка
кошки и бедные рыбаки, которые питались только рыбой. Десятилетнее интенсивное
расследование позволило установить, что местная фабрика по ацетиленовому
производству сбрасывала в залив ртутные отходы. В воде ртуть микробиологическим
путем превращалась в метил- и диметилртуть:
Hg —~ CH3Hg+ — (CH3)2Hg.
Ионы метилртути и диметилртути сорбировались планктоном, а
затем через пищевую цепь моллюски — рыбы становились едой для кошек и
человека.
Тяжелые металлы взаимодействуют с жирами, что обусловливает
большой период полувыведения их из организма — время, в течение которого
выделяется или разрушается половина усвоенного организмом вещества. Для ртути
в большинстве тканей организма человека этот период составляет около 80 дней,
для кадмия — более 10 лет! Поступление в организм человека даже микродоз
кадмия очень опасно — трудно сказать, какое количество его окажется в организме
за такое время. Заболевание, связанное с отравлением ионами кадмия, приводит к
скручиванию костей, анемии и почечной недостаточности (болезнь итаи-итаи).
У растений, аккумулирующих тяжелые металлы, устойчивость к их
действию выше, чем у животных и человека, поэтому следует обращать внимание на
содержание тяжелых металлов в растениях, употребляемых в пищу.
Удобрения
Удобрения смываются с полей при их
нерациональном использовании или, не усвоенные растениями, вымываются из почвы
обильными дождями, попадают в грунтовые воды, а затем в поверхностные водоемы.
Присутствующие в почве ионы N03, NH4, Н2РО3 НРО4, попадая со сточными водами в водоемы,
способствуют их зарастанию фитопланктоном. Наряду с удобрениями источниками
фосфатов служат моющие средства. Нитраты и фосфаты также образуются в водоемах
в результате микробиологического разрушения органических отходов.
Чтобы нормально функционировать, водные экосистемы должны быть
олиготрофныии, т. е. обедненными
питательными веществами. В этом случае
наблюдается динамическое равновесие
всех групп организмов в экосистеме,
отличающихся способом питания, —
продуцентов, консументов и редуцентов.
При поступлении в водоемы нитратов и
особенно фосфатов скорость продуцирования — фотосинтезирования органических
веществ фитопланктоном — начинает превышать скорость потребления фитопланктона
зоопланктоном, другими организмами и скорость деструкции (бактериального разложения).
Явление насыщения вод питательными
веществами (в частности, в результате смыва удобрений с полей), способствующее
усиленному росту водорослей, бактерий, потребляющих разлагающиеся водоросли и
поглощающих кислород, и ведущее к гибели водной биоты, называется
эвтрофированием.
Антропогенное эвтрофирование внешне
проявляется «цветением» воды и ведет к нарушению условий существования в ней и
гибели высшей водной биоты. В таких водоемах создаются благоприятные условия
для жизнедеятельности анаэробных организмов. Связь эвтрофирования водоемов с
обогащением их фосфором и азотом вытекает из схемы балансового уравнения
фотосинтеза:
106С02 + 90Н20 + 16NО3- + РО3- = С106Н18004бК1бР + 15402
+ Q.
При увеличении концентрации азота и
фосфора возрастает скорость прямой реакции, т. е. фотосинтеза, что приводит к
эвтро-фированию. Это положение было подтверждено многочисленными
исследованиями в различных водоемах, в том числе в Невской губе и Финском
заливе.
Повышение уровня трофности сопровождается
изменением фитопланктона: начинают преобладать сине-зеленые водоросли,
некоторые из них придают воде неприятный запах и вкус, могут выделять токсичные
вещества. При разложении водорослей в результате целого ряда взаимосвязанных
процессов брожения в воде увеличиваются концентрации углекислого газа С02,
аммиака NH3, сероводорода H2S.
Растворимые соединения азота не
только способствуют зарастанию водоемов, но и повышают токсичность воды, делают
ее опасной для здоровья людей, если такая вода используется как питьевая,
поступает в водопровод. Попадая вместе с пищей в слюну и тонкие кишки, нитраты
микробиологически восстанавливаются до нитритов, в результате чего в крови
образуются нитрозил-ионы:
N02 + Н+ = N0+ + ОН-.
Нитрозил-ионы могут окислять железо (II) в гемоглобине крови до железа(Ш):
Fe2+ + N0+ —-
Fe3+ + NO,
что препятствует связыванию кислорода
гемоглобином. В результате появляются симптомы кислородной недостаточности,
приводящей к синюхе. При переходе 60-80'% железа(П) гемоглобина в железо(Ш)
наступает смерть.
Кроме того, нитриты образуют в кислой среде желудка азотистую
кислоту и нитроза-мины, обладающие мутагенным действием. Отметим также, что
вода эвтрофированных водоемов агрессивна по отношению к бетону, разрушает
материалы, применяющиеся при гидростроительстве, засоряет фильтры и
трубопроводы водоприемных устройств.
Навозная
жижа и моча
При сильном загрязнении воды мочой и навозной жижей в ней
оказывается большое количество мочевины (мочевина используется также в
качестве азотного удобрения, стимулирующего рост растений). Бактерии в сточных
водах под действием ферментов выделяют из мочевины аммиак.
Если вода сильно загрязнена мочой животных,
например при выпасе скота, аммиак выделяется в такой концентрации, что она
может оказаться токсичной для многих живых организмов, приводя их к гибели.
При вдыхании аммиака, а также при питье воды, содержащей его, он быстро
усваивается организмом. Попадая в кровь, он создает там щелочную среду и
растворяет белки, нанося организму непоправимый вред. Нитрифицирующие
бактерии, находящиеся в воде в течение длительного времени, могут переводить
аммиак в нитраты и далее в нитриты, используемые водными растениями для
питания, но для такого окисления в воде должно быть достаточно растворенного
кислорода.
Нефть
и нефтепродукты
В настоящее время самые распространенные загрязнители
гидросферы — нефть и нефтепродукты. В Мировой океан и поверхностные воды суши
ежегодно привносится более 15 млн. тонн нефти и нефтепродуктов, а 1 т нефти
может покрыть тонкой пленкой акваторию средней площадью 12 км2. Нефть поступает
в природную среду различными путями: при бурении нефтескважин, авариях
танкеров и на нефтепроводах, промывке танкеров и автоцистерн и т. д. Несмотря
на большую вязкость, нефть, разлившаяся по земле, проникает в грунтовые воды и
перемещается на большие расстояния. Вода становится непригодной для
использования при попадании 1 л
нефти в 1 млн. л воды; 1 мл нефти в 1
л воды вызывает гибель икры и мальков многих рыб.
Гидрофобная нефтяная пленка на открытых водных поверхностях
препятствует газообмену между атмосферой и водоемом, и живые организмы,
находящиеся под этой пленкой, постепенно задыхаются. Главная угроза нефтяного
загрязнения — гибель фитопланктона — первого звена пищевой цепи водных
организмов, основного «производителя» атмосферного кислорода. Гибель планктона
по пищевым цепям ведет к гибели рыб, а также питающихся ими птиц и других
животных. Растворимые в воде компоненты нефти (ароматические углеводороды)
обладают токсическим действием: смерть взрослых водных организмов может
наступить спустя несколько часов после контакта с ними уже при содержании всего
10-4-10-2% (!). Для икринок смертельная доза еще меньше.
Как показывают исследования, самоочищение воды от
нефтепродуктов возможно за счет деятельности отдельных микроорганизмов. Но на
бактериальное окисление нефти требуется огромное количество растворенного в
воде кислорода (на бактериальное окисление 1 л нефти требуется такое количество кислорода,
которое содержится в 400
000 л воды), что угнетает деятельность высшей аэробной
водной биоты. Существующие в настоящее время технические методы ликвидации
нефтяного загрязнения поверхности воды пока еще дороги, малоэффективны и не
очень экологичны.
Фенолы
Фенолы нашли широкое применение как
средства дезинфекции, их используют в производстве клеев и пластмасс. Кроме
того, они образуются при сгорании и коксовании дерева и угля, входят в состав
выхлопных газов бензиновых и дизельных двигателей.
Большое количество фенола дает гниющая в воде древесина.
Острейшая экологическая проблема, существующая в нашей стране уже десятки лет,
— затопление лесов сибирскими водохранилищами при строительстве гигантских
гидроэлектростанций: Усть-Илимской, Братской, Красноярской и др. Лес на
затопляемых территориях не вырубали, в результате при строительстве, например,
Усть-Илимской ГЭС под воду ушло 20 млн. м3 древесины, а при строительстве
Братской ГЭС — 40 млн. км3. Содержание фенола в этих водохранилищах составляет
десятки ПДК (фенол — сильный яд, поэтому его ПДК измеряется в микрограммах и
равна 1 мкг/л), что привело к изменению видового и количественного состава
рыб.
Скорость распада фенолов в воде зависит от их химического
строения и от окружающих условий. Особую роль при этом играют
ультрафиолетовое излучение, микроорганизмы и концентрация кислорода в воде (в
аэробных условиях распад идет значительно быстрее, чем в анаэробных).
Очень опасны для всех живых организмов и прежде всего для
человека галогено-производные соединения фенольного характера. Эти соединения
поступают в сточные воды предприятий оборонной, химической и
целлюлозно-бумажной промышленности. Как показали исследования, возможна трансформация
исходных фенольных соединений в хлорпроизводные, происходящая на стадии
обеззараживания питьевой воды. Так, 2,4,6-трихлорфенол
в больших дозах (ПДК этого вещества, установленная по
органолептическому признаку, достаточно жесткая и составляет 0,1мкг/л) повышает
температуру человека, вызывает судороги и способен индуцировать лейкемию. По
рекомендации Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) страны ЕС и США
включили хлорфенолы в число приоритетных загрязнителей питьевой воды. Это
связано не только с их токсичностью, но и с полученными исследованиями ВОЗ
данными образования в водопроводной сети диоксинов (!) при наличии в ней
молекул хлорфенолов. ПДК диоксинов измеряется не миллиграммами, как для
большинства загрязнителей, не микрограммами, как для фенолов и их производных,
а пикограммами (1пг = 10~12 г). В Российской Федерации контроль за содержанием
в воде хлорфенолов не ведется.
4. Методы
очистки сточных вод
Во всех случаях сточные воды представляют собой сложные
гетерогенные системы загрязняющих веществ, которые могут находиться в
растворенном, коллоидном или нерастворенном состоянии, причем всегда
присутствуют как органические, так и неорганические компоненты загрязнений,
отличающиеся процентным содержанием.
Лучший вариант поддержания вод в чистом состоянии —
предотвращение их загрязнения, но поскольку это не всегда возможно, то
главная задача современного водопользования состоит в очистке загрязненных
вод и доведении их до состояния, позволяющего им служить жизненным пространством
для водных обитателей, источником питьевой воды и воды для полива сельскохозяйственных
культур.
Существуют различные методы очистки сточных вод:
механические, химические, физико-химические, биологические. Обычно на
хозяйственных объектах комбинируют различные методы очистки.
К сооружениям для механической очистки относятся:
решетки
и сита (для задержания крупных примесей);песколовки
(для улавливания минеральных примесей, песка);фильтры
(для мелких нерастворенных
примесей);жироловки,
маслоуловители, нефтеловушки (для отделения масел, жиров, смол, нефтепродуктов,
плавающих на поверхности
сточных вод).
Метантенк — это герметически закрытый резервуар, в котором анаэробные бактерии в термофильных
условиях (t ~ 30-40 °С) сбраживают сырой осадок из отстойников. В процессе брожения
выделяются метан, водород, углекислый газ, аммиак и другие газы, которые затем
используют для разных целей.
Осадки сточных вод, выгружаемые из метантенков, имеют
влажность 97 % и неудобны для утилизации. Для уменьшения их объема применяют
обезвоживание на центрифугах или на иловых площадках (проходя через активный
ил, осадки очищаются дополнительно). В результате обезвоживания осадка его
объем уменьшается в 7-15 раз (минимальная влажность 50 %). Эти осадки можно использовать
в качестве удобрений или, после брикетирования, в качестве топлива. Мировой
опыт показывает, что 25 % образующихся на очистных сооружениях осадков используют
в сельском хозяйстве, 50 % — размещают на свалках (полигонах), 25 % — сжигают.
В связи с ужесточением экологических требований к качеству окружающей среды
все большее предпочтение отдается сжиганию на специализированных заводах при
специфических условиях, обеспечивающих защиту атмосферы от загрязнения.
В некоторых случаях на предприятиях ограничиваются
механической очисткой, например если небольшой объем сточных вод сбрасывают в
очень мощный по объему водоем или если воду после механической очистки
повторно используют на предприятии. При механической очистке удается задержать
до 69 % нерастворенных примесей. Но обычно механическая очистка — это
предварительный этап с целью подготовки к следующим, более глубоким методам
очистки.
Для освобождения промышленных и коммунальных стоков от
тонкодиспергированных взвесей, не улавливаемых фильтрацией, растворимых
газов, неорганических и органических соединений используют физико-химические
методы очистки, позволяющие удалять из сточных вод токсичные, биохимически
неокисляемые органические соединения и достигать более глубокой степени
очистки.
Физико-химические методы позволяют не только автоматизировать процесс
очистки, но и рекуперировать загрязняющие вещества.
К физико-химическим методам относятся:
коагуляция;флотация;адсорбция;ионообменная
очистка (для извлечения ценных примесей, таких, как медь,
цинк, хром, никель и др., а также радиоактивных
веществ);
экстракция (экстрагенты растворяют
извлекаемое вещество в большей степени, чем вода, при этом сами имеют низкую
растворимость в сточной воде);
• эвапорация
— выпаривание (отгонка водяным паром летучих примесей, таких как сероводород,
аммиак, диоксид углерод и др.);
• дезодорация
(устранение неприятного запаха, в том
числе путем аэрации — продувки воздуха через сточную воду) и др.
Коагулянты способствуют укрупнению частиц, которые затем
оседают на дно. Чаш всего в качестве коагулянтов использую соли алюминия А12(S04)з, железа FeCl3 , Fе2(S04)з, известь СаС03.
Флотация — это способ отделения твердых частиц или капель
жидкости от сточной воды, основанный на различной смачиваемости (вредные
примеси собираются в пенном слое и удаляются). В резервуар с очищаемой водой
подается воздух, пузырьки которого адсорбируются на поверхностях извлекаемого
(гидрофобного) вещества и выносят его на поверхность воды. Для усиления
флотационного эффекта в воду добавляют поверхностно-активные вещества (ПАВ),
которые снижают поверхностное натяжение, ослабляя связь воды с флотируемым
веществом, а также вспениватели, которые увеличивают дисперсность пузырьков
воздуха и их устойчивость.
Флотационные установки применяют для очистки сточных вод
нефтеперерабатывающих, целлюлозно-бумажных, кожевенных, многих химических
производств и обеспечивают степень очистки до 95 %.
Адсорбцию (поглощение) используют для очистки сточных вод от
растворимых органических соединений — фенолов, пестицидов, красителей и т. п.
Очищаемую воду пропускают через фильтр, загруженный сорбентом, в качестве
которого применяют торф, опилки, золу, шлаки и другие малоценные вещества,
которые обычно сжигают после одноразового использования. Самый эффективный и
дорогой сорбент — активированный уголь.
Во многих случаях физико-химическая очистка обеспечивает
такое глубокое удаление загрязнений, что последующая биологическая очистка не
требуется.
Основные способы химической очистки — нейтрализация и
окисление.
Нейтрализацию проводят для приведения кислых стоков к
значениям рН, близким к нейтральным, например пропуская воду через слои
известняка (мела) или доломита (СаС03 • MgC03):
2HN03 + СаС03 = Ca(N03)2 + Н20 + С02 или
2H2S04 + CaMg(C03)2 =
= CaS04 + MgS04 + 2H20 + 2C02.
Нейтрализация стоков и непосредственно водоемов, снижая их
кислотность, создает более благоприятные условия для водной биоты, поскольку
самый богатый и разнообразный по видам животный мир присущ водам, значения рН
которых относятся к нейтральной или слабощелочной области.
Окисление применяют для обезвреживания сточных вод,
содержащих токсичные примеси, патогенные для человека микроорганизмы. В
качестве окислителей чаще всего используют хлор и хлорсодержащие соединения,
способные выделять активный хлор. При введении хлора в воду образуются соляная
и хлорноватистая кислоты:
С12 + Н20 = НС1 + НС1О.
Комплекс соединений С12 + НС1О + С1О- называют активным
хлором. Его источником может быть также хлорная известь Са(С10)2.
Озонирование (продувка через воду озоно-воздушной или озоно-кислородной
смеси, в которой содержание озона 03 обычно порядка 3 %) не только очищает
сточные воды от фенолов, нефтепродуктов, канцерогенных ароматических
углеводородов и многих других токсичных примесей, но и производит
гигиеническую очистку воды — устраняет запахи и привкусы, уничтожает патогенные
для организма человека микроорганизмы и вирусы.
Биологическая очистка осуществляется биоценозом — сообществом
микроорганизмов, бактерий, простейших, червей, водорослей. Эти организмы
используют для своей жизнедеятельности и развития те органические соединения,
которые не были удалены из очищаемой воды на предыдущих стадиях ее обработки.
Биологическая очистка проводится как в искусственных условиях — в
биологических фильтрах и аэротенках, так и в естественных условиях — на полях
фильтрации, полях орошения, биологических прудах.
Биофильтры представляют собой резервуары, заполненные
крупнозернистым материалом — гравием или керамзитом, сквозь который
фильтруются сточные воды, оставляя на поверхности зерен биопленку, в которой
развиваются аэробные микроорганизмы, активно минерализирующие органические
загрязнения. Аэротенки представляют собой резервуары, в которых движется смесь
активного ила и сточной воды, постоянно перемешиваемая при помощи сжатого воздуха.
Воздух обеспечивает кислородом микроорганизмы активного ила, поддерживая его
во взвешенном состоянии. Хлопья активного ила представляют собой биоценоз
аэробных микроорганизмов, которые сорбируют на своей поверхности и окисляют органические
примеси сточных вод.
При любых способах очистки сточных вод заключительным
этапом их обработки всегда бывает обеззараживание — дезинфекция воды
хлорированием.
Перспективна биологическая очистка сточных вод в
естественных условиях — на полях фильтрации и земледельческих полях орошения. В
этих случаях для освобождения сточных вод от загрязняющих веществ используют
очищающую способность почвы. Фильтруясь сквозь слой почвы, вода оставляет в
ней взвешенные, коллоидные и растворенные примеси, а микроорганизмы почвы
окисляют органические загрязняющие вещества, превращают их в простейшие минеральные
соединения.
Заключение
Очистка сточных вод — составная часть общей стратегии охраны водных
ресурсов, обеспечения экологической безопасности биосферы и, в частности,
человека.
При решении проблемы загрязнения водоемов сточными водами и их очистки
большое значение приобретает повторное (многократное) использование воды, в
том числе использование очищенных сточных вод в качестве источника
технического водоснабжения предприятий, для орошения в сельском хозяйстве.
Возможность использования очищенных сточных вод для орошения в сельском
хозяйстве определяется степенью их очистки и соответствующими санитарными
нормами.
Теоретически все виды сточных вод, возникающих в
производстве, могут быть очищены до любого заданного состояния и кондиционированы
до нужного состава, но это требует колоссального расходования энергии,
получению которой, в свою очередь, на нынешнем уровне состояния энергетики
сопутствует загрязнение окружающей воздушной и водной среды.
Если прибавить к этому расходы на капитальное строительство,
оборудование и аппараты для очистки, то станет ясно, что наиболее рациональное
решение проблемы охраны водоемов от загрязнения сточным водами промышленных
предприятий — создание замкнутых систем водоснабжения и водоотведения, т. е.
использование очищенных сточных вод в системах оборотное водоснабжения. Расчеты
показывают, что при этом на обеспечение
экологичности производства потребуется минимум затрат поскольку биологически
очищенные сточные воды в оборотных системах водоснабжения позволяют частично
или полностью отказаться от свежей воды, что весьма актуально в свете
глобальной экологической проблемы современности — дефицита чистой пресной воды
на планете.
Оборотное водоснабжение позволит сохранить незатронутыми
техногенным воздействием пресные воды и наслаждаться
природной, действительно чистой водой, о
которой так замечательно сказал великий
французский философ и писатель Антуан де
Сент-Экзюпери: «Вода, у тебя нет ни вкуса, ни
цвета, ни запаха, тебя невозможно описать,
тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое
Нельзя сказать, что ты необходима для жизни, ты — сама жизнь... ты самое
большей богатство на свете».
Литература
1. Влияние
тяжелых металлов на процессы биохимического окисления органических веществ: Л.
О. Никифорова, Л. М. Белопольский — Москва, Бином. Лаборатория знаний, 2009 г.- 80 с.
2. Водоотведение: Ю. В. Воронов, Е. В. Алексеев, В. П.
Саломеев, Е. А. Пугачев — Санкт-Петербург, Инфра-М, 2010 г.- 416 с.
3. На перекрестках ЭКОЛОГИИ: Плотников В. В, Москва "Мысль" 1985г.
4. Растения и чистота природной среды: Артамонов В. И.,
Москва "Наука", 1986г
5. Титриметрические методы анализа. Методические указания к
выполнению лабораторных работ по курсу «Аналитическая химия» для студентов 2
курса химического факультета/ Сост. Шрайбман Г.Н., Серебренникова
Н.В.-Кемерово:КемГУ,2003.44с.