Экология

Экология

1. Введение

Вода - ценнейший природный ресурс. Она играет исключительную роль

в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное

значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном

производстве. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей

человека, всех растений и животных. Для многих живых существ она

служит средой обитания.

Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация

сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых

земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все

больше усложняет проблемы обеспечения водой.

Потребности в воде огромны и ежегодно возрастают. Ежегодный расход

воды на земном шаре по всем видам водоснабжения составляет 3300-3500

км3. При этом 70% всего водопотребления используется в сельском

хозяйстве.

Много воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная

промышленность, черная и цветная металлургия. Развитие энергетики

также приводит к резкому увеличению потребности в воде. Значительное

кол-во воды расходуется для потребностей отрасли животноводства, а

также на бытовые потребности населения. Большая часть воды после ее

использования для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в

виде сточных вод.

Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой.

Все более возрастающие потребности промышленности и сельского

хозяйства в воде заставляют все страны, ученых мира искать

разнообразные средства для решения этой проблемы.

На современном этапе определяются такие направления

рационального использования водных ресурсов: более полное

использование и расширенное воспроизводство ресурсов пресных вод;

разработка новых технологических процессов, позволяющих

предотвратить загрязнение водоемов и свести к минимуму потребление

свежей воды.

2. Источники загрязнения внутренних водоемов

Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения

физических, химических и биологических свойств воды в водоемах в

связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ,

которые причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных

водоемов опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству,

здоровью и безопасности населения

Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на

такие типы:

механическое - повышение содержания механических примесей,

свойственное в основном поверхностным видам загрязнений;

химическое - наличие в воде органических и неорганических

веществ токсического и нетоксического действия;

бактериальное и биологическое - наличие в воде разнообразных

патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;

радиоактивное - присутствие радиоактивных веществ в

поверхностных или подземных водах;

тепловое - выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных

ЭС.

Основными источниками загрязнения и засорения водоемов является

недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных

предприятий, крупных животноводческих комплексов, отходы производства

при разработке рудных ископаемых; воды шахт, рудников, обработке и

сплаве лесоматериалов; сбросы водного и железнодорожного транспорта;

отходы первичной обработки льна, пестициды и т.д. Загрязняющие

вещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным

изменениям воды, которые в основном проявляются в изменении

физических свойств воды, в частности, появление неприятных запахов,

привкусов и т.д.; в изменении химического состава воды, в частности,

появление в ней вредных веществ, в наличии плавающих веществ на

поверхности воды и откладывании их на дне водоемов.

Производственные сточные воды загрязнены в основном отходами и

выбросами производства. Количественный и качественный состав их

разнообразен и зависит от отрасли промышленности, ее технологических

процессов; их делят на две основные группы: содержащие неорганические

примеси, в т.ч. и токсические, и содержащие яды.

К первой группе относятся сточные воды содовых, сульфатных, азотно-

туковых заводов, обогатительных фабрик свинцовых, цинковых, никелевых

руд и т.д., в которых содержатся кислоты, щелочи, ионы тяжелых

металлов и др. Сточные воды этой группы в основном изменяют

физические свойства воды.

Сточные воды второй группы сбрасывают нефтеперерабатывающие,

нефтехимические заводы, предприятия органического синтеза,

коксохимические и др. В стоках содержатся разные нефтепродукты,

аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и другие вредные вещества.

Вредоносное действие сточных вод этой группы заключается главным

образом в окислительных процессах, вследствие которых уменьшается

содержание в воде кислорода, увеличивается биохимическая потребность

в нем, ухудшаются органолептические показатели воды.

Нефть и нефтепродукты на современном этапе являются основными

загрязнителями внутренних водоемов, вод и морей, Мирового океана.

Попадая в водоемы, они создают разные формы загрязнения: плавающую на

воде нефтяную пленку, растворенные или эмульгированные в воде.

Нефтепродукты, осевшие на дно тяжелые фракции и т.д. При этом

изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость

воды, уменьшается кол-во кислорода, появляются вредные органические

вещества, вода приобретает токсические свойства и представляет

угрозу не только для человека. 12 г нефти делают непригодной для

употребления тонну воды.

Довольно вредным загрязнителем промышленных вод является фенол. Он

содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий. При

этом резко снижаются биологические процессы водоемов, процесс их

самоочищения, вода приобретает специфический запах карболки.

На жизнь населения водоемов пагубно влияют сточные воды целлюлозно-

бумажной промышленности. Окисление древесной массы сопровождается

поглощением значительного количества кислорода, что приводит к гибели

икры, мальков и взрослых рыб. Волокна и другие нерастворимые вещества

засоряют воду и ухудшают ее физико-химические свойства. На рыбах и на

их корме - беспозвоночных - неблагоприятно отражаются молевые

сплавы. Из гниющей древесины и коры выделяются в воду различные

дубильные вещества. Смола и другие экстрактивные продукты разлагаются

и поглощают много кислорода, вызывая гибель рыбы, особенно молоди и

икры. Кроме того, молевые сплавы сильно засоряют реки, а топляк

нередко полностью забивает их дно, лишая рыб нерестилищ и кормовых

мест.

Атомные электростанции радиоактивными отходами загрязняют реки.

Радиоактивные вещества концентрируются мельчайшими планктонными

микроорганизмами и рыбой, затем по цепи питания передаются другим

животным. Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей в

тысячи раз выше, чем воды, в которой они живут.

Сточные воды, имеющие повышенную радиоактивность (100 кюри на 1л и

более), подлежат захоронению в подземные бессточные бассейны и

специальные резервуары.

Рост населения, расширение старых и возникновение новых городов

значительно увеличили поступление бытовых стоков во внутренние

водоемы. Эти стоки стали источником загрязнения рек и озер

болезнетворными бактериями и гельминтами. В еще большей степени

загрязняют водоемы моющие синтетические средства, широко используемые

в быту. Они находят широкое применение также в промышленности и

сельском хозяйстве. Содержащиеся в них химические вещества, поступая

со сточными водами в реки и озера, оказывают значительное влияние на

биологический и физический режим водоемов. В результате снижается

способность вод к насыщению кислородом, парализуется деятельность

бактерий, минерализующих органические вещества.

Вызывает серьезное беспокойство загрязнение водоемов пестицидами и

минеральными удобрениями, которые попадают с полей вместе со струями

дождевой и талой воды. В результате исследований, например, доказано,

что инсектициды, содержащиеся в воде в виде суспензия, растворяются в

нефтепродуктах, которыми загрязнены реки и озера. Это взаимодействие

приводит к значительному ослаблению окислительных функций водных

растений. Попадая в водоемы, пестициды накапливаются в планктоне,

бентосе, рыбе, а по цепочке питания попадают в организм человека,

действуя отрицательно как на отдельные органы, так и на организм в

целом.

В связи с интенсификацией животноводства все более дают о себе

знать стоки предприятий данной отрасли сельского хозяйства.

Сточные воды, содержащие растительные волокна, животные и

растительные жиры, фекальную массу, остатки плодов и овощей, отходы

кожевенной и целлюлозно-бумажной промышленности, сахарных и

пивоваренных заводов, предприятий мясомолочной, консервной и

кондитерской промышленности, являются причиной органических

загрязнений водоемов.

В сточных водах обычно около 60% веществ органического

происхождения, к этой же категории органических относятся

биологические (бактерии, вирусы, грибы, водоросли) загрязнения в

коммунально-бытовых, медико-санитарных водах и отходах кожевенных и

шерстомойных предприятий.

Нагретые сточные воды тепловых ЭС и др. производств причиняют

“тепловое загрязнение”, которое угрожает довольно серьезными

последствиями: в нагретой воде меньше кислорода, резко изменяется

термический режим, что отрицательно влияет на флору и фауну водоемов,

при этом возникают благотворные условия для массового развития в

водохранилищах сине-зеленых водорослей - так называемого “цветения

воды” Загрязняются реки и во время сплава, при гидроэнергетическом

строительстве, а с началом навигационного периода увеличивается

загрязнение судами речного флота.

3. Методы очистки сточных вод

В реках и других водоемах происходит естественный процесс

самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно-

бытовые сбросы были невелики, реки сами справлялись с ними. В наш

индустриальный век в связи с резким увеличением отходов водоемы уже

не справляются со столь значительным загрязнением. Возникла

необходимость обезвреживать, очищать сточные воды и утилизировать их.

Очистка сточных вод - обработка сточных вод с целью разрушения или

удаления из них вредных веществ. Освобождение сточных вод от

загрязнения - сложное производство. В нем, как и в любом другом

производстве имеется сырье (сточные воды) и готовая продукция

(очищенная вода).

Методы очистки сточных вод можно разделить на механические,

химические, физико-химические и биологические, когда же они

применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод

называется комбинированным. Применение того или иного метода в каждом

конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью

вредности примесей.

Сущность механического метода 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, а поверхностные загрязнения - нефтеловушками,

бензомаслоуловителями, отстойниками и др. Механическая очистка

позволяет выделять из бытовых сточных вод до 60-75% нерастворимых

примесей, а из промышленных до 95%, многие из которых как ценные

примеси, используются в производстве.

Химический метод заключается в том, что в сточные воды добавляют

различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с

загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химической

очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95% и

растворимых до 25%

При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются

тонко дисперсные 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 некоторых

других областях промышленности.

Загрязненные сточные воды очищают также с помощью ультразвука,

озона, ионообменных смол и высокого давления, хорошо зарекомендовала

себя очистка путем хлорирования.

Среди методов очистки сточных вод большую роль должен сыграть

биологический метод, основанный на использовании закономерностей

биохимического и физиологического самоочищения рек и других водоемов.

Есть несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод:

биофильтры, биологические пруды и аэротенки.

В биофильтрах сточные воды пропускаются через слой

крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой.

Благодаря этой пленке интенсивно протекают процессы биологического

окисления. Именно она служит действующим началом в биофильтрах.

В биологических прудах в очистке сточных вод принимают участие все

организмы, населяющие водоем.

Аэротенки - огромные резервуары из железобетона. Здесь очищающее

начало - активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все эти

живые существа бурно развиваются в аэротенках, чему способствуют

органические вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в

сооружение потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья

и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с

хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Инфузории,

жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая

бактерии, не слипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу

ила.

Сточные воды перед биологической очисткой подвергают механической,

а после нее для удаления болезнетворных бактерий и химической

очистке, хлорированию жидким хлором или хлорной известью. Для

дезинфекции используют также другие физико-химические приемы

(ультразвук, электролиз, озонирование и др.)

Биологический метод дает большие результаты при очистке

коммунально-бытовых стоков. Он применяется также и при очистке

отходов предприятий нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной

промышленности, производстве искусственного волокна.

4. Выбор технологической схемы очистки сточных вод

Выбор оптимальных технологических схем очистки воды - достаточно

сложная задача, что обусловлено преимущественным многообразием

находящихся в воде примесей и высоким требованиями, предъявленными к

качеству очистки воды. При выборе способа очистки примесей учитывают

не только их состав в сточных водах, но и требования, которым должны

удовлетворять очищенные воды: при сбросе в водоем - ПДС (предельно

допустимые сбросы) и ПДК (предельно допустимые концентрации веществ),

а при использовании очищенных сточных вод в производстве - те

требования, которые необходимы для осуществления конкретных

технологических процессов.

Для приготовления из сточных вод технической воды или обеспечения

условий сброса очищенных сточных вод водоемов большое значение имеет

технико-экономическая оценка способов подготовки воды. Экономическое

преимущество имеют, как правило, замкнутые системы

водоиспользования. Однако процесс замены современных производств

безотходными, в том числе и с полностью замкнутой системой

водоиспользования, достаточно длительный. Поэтому часть очищенных

сточных вод сбрасывают в водоемы. В этих случаях необходимо соблюдать

установленные нормативы для относительной концентрации вредных

веществ в очищенных сточных водах.

Применяемые схемы очистки должны обеспечивать максимальное

использование очищенных вод в основных технологических процессах и

минимальный их сброс в открытые водоемы. При широком внедрении

оборотных систем имеются дополнительные резервы по сокращению расхода

свежей воды и уменьшению сброса в открытые водоемы. При широком

внедрении оборотных систем имеются дополнительные резервы по

сокращению расхода свежей воды и уменьшению сброса сточных вод в

водоемы (совершенствование технологических процессов, повышение

эффективности очистки сточных вод). Сточные воды являются чистыми,

если их отведение в водные объекты не приводит к нарушению норм

качества воды в контролируемом створе или пункте водоиспользования.

Степень очистки сточных вод при сбросе их в водоемы определяется

нормативами качества воды водоема в расчетном створе и в большой

степени зависит от фоновых загрязнений. Для снижения концентраций

вредных примесей, присутствующих в сточных водах, до требуемых

величин необходима достаточно глубокая очистка. Поэтому важное

значение имеет надежный контроль степени очистки сточных вод, так как

с ужесточением требований к качеству очищенных вод значение ПДК

большинства вредных веществ снижается и, следовательно, возрастают

трудности их определения. Кроме того, контроль усложняется при

определении концентраций вредных веществ в сильно разбавленных

сточных водах.

5. Физико-химические методы очистки сточных вод с применением

коагулянтов

Для обеспечения высокой степени очистки сточных вод в ряде случаев

одной биохимической очистки производственных сточных вод

недостаточно, поэтому в последние годы отмечено возрастающее

применение физико-химических методов. Широкое распространение

получили коагуляция и флотация. Реагентный способ очистки достаточно

эффективен и прост. Этот способ можно применять практически при

неограниченных объемах сточных вод.

Совместное использование коагулянтов и флокулянтов позволит еще

более расширить использование этих реагентов для очистки сточных вод.

Большие резервы интенсификации метода коагуляции и флокуляции связаны

как с более глубоким исследованием механизмов явлений, сопровождающих

эти процессы, так и с более эффективным использованием различных

физических воздействий.

Данные зарубежных исследований показывают, что значительного

повышения эффективности реагентного способа можно добиться

оптимизацией технологии очистки, предусматривающей смешение реагентов

с водой, а также подбором используемых коагулянтов и флокулянтов.

Эффективность реагентного способа очистки воды, в частности с

использованием коагулянтов, можно повысить, установив долее строгий

контроль за расходом реагентов в зависимости от количества

загрязнений, присутствующих в сточных водах, и физико-химических

характеристик этих загрязнений, в первую очередь от их заряда,

характеризуемого 0 потенциалом. Внедрение автоматизированного

контроля за расходом реагентов позволит повысить не только степень

очистки воды, но и снизить расход реагентов.

Эффективность реагентного способа можно также повысить, применяя

Страницы: 1, 2