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
|