Средства защиты гидросферы

В результате хозяйственной деятельности человека образуются большие объемы сточных вод. В зависимости от условий образования они делятся на 3 группы:

- бытовые - стоки душевых, прачечных, бань, столовых и т.д. Содержат детергенты, органические и минеральные вещества;

- промышленные – образуются в результате использования воды в технологических процессах. Состав зависит от вида производства;

- атмосферные (ливневые) – образуются при выпадении осадков, крайне неравномерны. Состав зависит от вида поверхности с которой осуществляется сток.

Сточные воды характеризуются следующими признаками:

- мутностью;

- цветностью;

- сухим остатком;

- кислотностью;

- жесткостью;

- растворимым кислородом;

- биологической потребностью в кислороде (БПК).

Как правило, сточные воды содержат мало кислорода, что приводит к гибели высших организмов и вместо окисления органических соединений в воде происходит анаэробное разложение с выделением сероводорода, углекислого газа, метана, создающих вторичное загрязнение водоема. Именно поэтому сточные воды необходимо очищать или разбавлять. Прогнозную оценку качества вод выполняют на основе расчетов смешения и разбавления сточных вод водой водного объекта.

При отведении сточных вод в водный объект производится расчет предельно допустимого сброса (ПДС) загрязняющих веществ. Расчет ПДС производится с целью обеспечения норм качества воды водного объекта в контрольном створе при сбросе загрязняющих веществ со сточными водами. Расчет выполняется с учетом фоновой концентрации загрязняющих веществ, гидрологических и гидрохимических особенностей водного объекта, а также возможной степени разбавления сточных вод и самоочищающей способности водоема (водотока). При расчетах ПДС в расчетном створе должна быть обеспечена концентрация контролируемых веществ, не превышающая нормативных требований к составу и качеству вод данного водного объекта.

Расчеты ПДС выполняются в соответствии с требованиями «Методических указаний по установлению (ПДС) предельно допустимых сбросов веществ, поступающих в водные объекты со сточными водами» (1982).

В практике расчетов широко применяется понятие кратности разбавления сточных вод. Кратность разбавления «n» является наиболее универсальной характеристикой приемника сточных вод, показывающей, во сколько раз снизится концентрация загрязняющих веществ в воде водного объекта на участке от места сброса до расчетного створа. При известном фоновом загрязнении вод водного объекта кратность разбавления определяется формулой:

(5)

где C_ст - концентрация загрязняющего вещества в сточных водах, мг/л;

С_е - концентрация загрязняющего вещества в воде водного объекта, мг/л;

С_max - максимальная концентрация загрязняющего вещества в заданном расчетном створе, мг/л.

Очистка сточных вод обеспечивается путём внедрения ряда технических решений и мероприятий. Наиболее распространенными являются следующие: механическая очистка, физико-химическая, биологическая очистки, которые осуществляются либо отдельно, либо последовательно.

Механическая очистка сточных вод является обязательной составной частью водоочистки и предваряет другие методы очистки – это простой отстой воды, при котором происходит оседание взвешенных частиц, в том числе и вещества, находящиеся в коллоидном состоянии. Перед механической очисткой в сточные воды добавляют коагулянты (вещества, вызывающие укрупнение коллоидных частиц – сульфаты алюминия, железа III) и флокулянты (вещества, способствующие флотации, т.е. выделению частиц из смеси за счёт сил отталкивания от растворителя с последующим укрупнением – полиэтиленамин и др. высокомолекулярные вещества).

Для механической очистки сточных вод от взвешенных веществ используют:

- процеживание в вертикальных или наклонных решетках и волокноуловителях;

- отстаивание в песколовках (частицы размером более 0.25 мм), отстойниках (от нефтепродуктов и частиц более 0.1 мм) и жироуловителях веществ с плотностью меньше плотности воды;

- обработку с поле действия центробежных сил в открытых или закрытых гидроциклонах и центрифугах;

- фильтрование для очистки от тонкодисперсных примесей с малой концентрацией (зернистые и микрофильтры).

Физико-химические методы очистки основаны на физико-химических процессах, ионном обмене, на протекании химических процессов под воздействием физических явлений (электролиз, электрокоагуляция и т.д.) и включают в себя следующие методы:

- флотация – пропуск через сточные воды воздуха, пузырьки которого захватывают нефть, масла и образуют на поверхности воды легко удаляемый пенообразный слой. В зависимости от способа образования пузырьков газа различают следующие виды флотации: напорную, пневматическую, пенную, химическую, вибрационную, биологическую и другие;

- нейтрализация – используют для выделения из сточных вод кислот, щелочей, солей металлов на основе кислот и щелочей. Нейтрализацию кислот осуществляют едким натром, известью, доломитом, мелом, содой и др., нейтрализацию щелочей серной, соляной, азотной и другими кислотами. Существует 3 способа нейтрализации: фильтрационный (через зернистые фильтры), водно-реагентный (добавление сухого или растворенного реагента), полусухой (перемешивание высококонцентрированных сточных вод с сухим реагентом);

- сорбция – осуществляет извлечение из сточных вод вредных растворимых и их последующую утилизацию. В качестве сорбентов используют золу, торф, шлаки, глину, активированный уголь и др.;

- ионный обмен – применяют для обессоливания и очистки сточных вод от ионов металлов и других примесей. Реализуется последовательным фильтрованием воды через катиониты и аниониты;

- электрохимическая очистка (электрохимическое окисление) осуществляется электролизом и реализуется 2 путями: окисление путем передачи электронов непосредственно на поверхность анода или через вещество-переносчик и в результате взаимодействия с сильным окислителем (активным хлором), образовавшимся в процессе электролиза;

- гиперфильтрация (обратный осмос) реализуется путем пропуска воды через ацетатцеллюлозные или полиамидные фильтры, поры которых имеют размер около 1 нм и через которые свободно проходят молекулы воды и задерживаются гидратированные ионы солей и молекулы недиссоциированных соединений;

- эвапорация – заключается в обработке паром органически загрязненных сточных вод, при которой летучие примеси загрязнений переходят в паровую фазу и удаляются.

Биохимические и биологические методы основаны на том, что некоторые микроорганизмы способны использовать загрязняющие вещества как пищу, усвоив которую они очищают сточные воды от примесей, как правило, органических. Различают следующие разновидности этих методов:

- аэробная очистка представляет собой минерализацию промышленных или бытовых стоков при содействии аэробных микроорганизмов (активный ил), которые используют загрязнители в качестве источников питания. Реализуется в аэротенках и биофильтрах;

- анаэробная очистка - разложение органических осадков до метана и углекислого газа микроорганизмами при отсутствии кислорода. Реализуется в метантенках, которые необходимо подогревать до 45-55ºC.

- обеззараживание (хлорирование, фторирование, озонирование) – заключается в удалении болезнетворных микроорганизмов.

После осуществления выше перечисленных методов может возникнуть необходимость в удалении остаточных органических веществ, которая осуществляется с помощью активированного угля. Адсобрбция активированным углем эффективна для большинства органических соединений и используется для очистки бытовых стоков, жидких отходов перегонки нефти, фенолов и других ароматических соединений.

Очищенные стоки сбрасывают в поверхностные водоемы, в которых происходит естественная доочистка сточных вод. Основными условиями спуска очищенных вод являются:

1) сохранение экосистемы водоема;

2) экологическая ценность водоема;

3) хозяйственная функция водоема: хозяйственно-питьевые нужды, культурно-бытовые нужды, нужды рыбного хозяйства (высшей, первой и второй категории).

В зависимости от вида водопользования, устанавливаются требования к качеству воды (СанПиН 4630-88 «Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами») – наиболее жесткие требования предъявляются к источникам хозяйственно-питьевого водопользования.

Несмотря на многообразие методов очистки воды, снизить антропогенную нагрузку на гидросферу можно только рациональным использованием воды. Основные направления рационального использования и охраны водных ресурсов можно объединить в следующие группы:

- Совершенствование технологии основного производства

- Совершенствование систем водоснабжения.

- Совершенствование систем канализации и очистки сточных вод.

- Разработка и внедрение методов очистки с попутной утилизацией ценных компонентов из сточных вод.

- Внедрение технически обоснованных норм и нормативов водоотведения.

- Внедрение инструментального контроля количества и качества сбрасываемых сточных вод.