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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     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 мкюри 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 суспензий 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 мясо-молочной, 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.

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, неслипающиеся 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.

       Производственные сточные воды  очищают физико-химическими и  химическими методами, из которых  наиболее часто применяют нейтрализацию,  экстракцию и эвапарацию.

       При механической очистке из  сточной жидкости удаляют загрязнения,  находящиеся в ней в нерастворенном и частично коллоидальном состоянии. Содержащиеся в сточной жидкости отбросы (бумаги, тряпки, кости, очистки от овощей, различные производственные отходы) предварительно задерживаются решетками.

       Загрязнения минерального происхождения  (песок, шлак и др.) осаждаются в сооружениях, называемых песколовками.

       Основную массу загрязнения органического  происхождения, находящихся во  взвешенном состоянии, осаждают  из сточной жидкости в отстойниках,  которые по своей конструкции  и по характеру движения в них сточной жидкости бывают горизонтальные, вертикальные и радиальные.

       Выпадающие в отстойниках   нерастворенные вещества (осадок) периодически  удаляют для последующей обработки.

       Для очистки малых (до 25м/сут)  количеств сточной  жидкости  применяют                     также   гнилостные    резервуары    (септики), представляющие собой горизонтальные отстойники, в которых выпадающий осадок  накапливается в течение длительного периода и перегнивает. Кроме того, применяют двухъярусные отстойники, являющиеся комбинацией горизонтального отстойника (верхняя часть) и гнилостной камеры для сбраживания выпадающего осадка (нижняя часть).

       Осадок из горизонтальных, вертикальных  и радиальных отстойников с  преобладающим содержанием веществ  органического происхождения подвергается сбраживанию (разложению) в специальных сооружениях, называемых   метантенками.

          После  сбраживания осадок из септиков, двухъярусных отстойников и метантенков подвергается обезвоживанию, которое осуществляется  путем естественной сушки осадка на открытом воздухе на специальных иловых площадках или искусственными методами – вакуум- фильтрацией, термической сушкой. После отделения воды (обезвоживания) сброженный осадок можно использовать как удобрение.

         Механический метод позволяет  выделить из сточной жидкости 60 – 80% нерастворенных загрязнений.

         Типовые схемы сооружений для  механической очистки сточной  жидкости приведены на рис. 

         На схеме 1 изображены септик, иловые площадки, обеззараживание; на схеме 2 – двухъярусные  отстойники, иловые площадки, обеззараживание; на схеме 3 – отстойники, метантенки, иловые площадки, обеззараживание.

         Двухъярусные отстойники целесообразно  применять для очистки сточных  вод небольших и средних населенных  мест при количестве сточной  жидкости до 10 тыс. м³/сут.

         При биологической  очистке удаляют из сточной жидкости  наиболее мелкие  взвешенные вещества, оставшиеся после механической очистки, и основную часть коллоидальных и растворенных веществ. В результате аэробных биохимических процессов, протекающих при биологических методах очистки, органическая часть указанных веществ минерализуется. В итоге полной биологической очистки получается незагнивающая жидкость, содержащая растворенный кислород и нитраты.

         Биологическую очистку ведут  либо в условиях, близких к естественным, либо в искусственно созданных. В первом случае естественная биологическая очистка  сточной жидкости происходит на полях орошения, полях фильтрации и в биологических прудах.

         Во втором случае искусственная  биологическая очистка производится на таких сооружениях, как биологические фильтры и аэротенки.

         Осветленную сточную жидкость, получающуюся  в процессе очистки, выпускают  в водоем (реку, озеро и пр.) после  ее обеззараживания посредством  хлорирования.

         В процессе биологической очистки, так же как и механической, получаются большие количества осадка (ила), который направляется в метантенк для сбраживания.

         Для естественной биологической  очистки отводят и специально  оборудуют поля орошения или  поля фильтрации (схема 1). Очистные станции с биофильтрами ( схема 2) сооружают для средних и малых населенных пунктов.

         Очистные станции аэрации с  аэротенками (схема 3) строят для отчистки сточных вод крупных городах.

         Обработку осадка из первичных  и вторичных отстойников производят в метантенках; затем осадок обезвоживают, т. е. Подсушивают на иловых площадках или в ваккум – фильтрах.

         При химическом методе очистки в сточные воды вводят реагент, способствующий коагуляции и увеличивающий процент задержания нерастворенных веществ. Применяют также нейтрализацию и флотацию. При флотации в сточную жидкость добавляют флотореагенты и воздух, способствующие всплыванию загрязнений.

    Схема 1 

                                                                                                                  Выпуск                                                                                                                           

 Хлора –

      торная

 Контактный

         резервуар

 Иловые

     площадки

                                 
 
 
 

Схема 2

  Хлора –

   торная

  Контактный 

    резервуар

                                                                                                                                             Выпуск

   Решетка и 

   песколовка

   Двухъярусные

       отстойники

         Иловые 

       площадки

   
 

 Схема  3                                

                                                                                                         Выпуск

Отстойники

Хлоратор-ная

Контактный

резервуар

                                           

Метантенки

Иловые

площадки

 
             
 
 

Схемы очистки  сооружений для механической очистки  сточной жидкости 
 

Схема 1                                                                                           Выпуск

Отстойники

поля орошения

          или

поля фильтрации

 

Решетка и

песколовка

 

Иловые 

площадки

 
 
 

Вторичный

отстойник,

контактный резервуар

Схема 2                                                                                                                               Выпуск

Решетка и

песколовка

Первичные

отстойники

Био-

фильтры

Хлора-

торная

                                                                                           ил

Метантенки

Иловые

площадки

 
 
 

 Схема3                                                                                                                                     Выпуск

Решетка и 

песколовка

Первичные

отстойники

Аэротенки

на полную

очистку

Вторич-

ные от-

стойники

Хлора-

торная

Контакт-

ные резер-

вуары

 

Иловая

насосная

станция

                                    Илопровод циркулирующего ила

                             Илопровод избыточного ила 

                                Иловая вода