Очистка сточных вод. 6

Определения

Бассейн подземных вод - совокупность водоносных горизонтов, расположенных в недрах;

Водозаборное сооружение - комплекс сооружений и устройств для забора воды из водных объектов;

Водоотведение - совокупность мероприятий, обеспечивающих сбор, транспортировку, очистку и отведение сточных вод через системы водоотведения в водные объекты и (или) на рельефы местности;

Водоохранная зона - территория, примыкающая к водным объектам и водохозяйственным сооружениям, на которой устанавливается специальный режим хозяйственной деятельности для предотвращения загрязнения, засорения и истощения вод;

Водоснабжение - совокупность мероприятий, обеспечивающих забор, хранение, подготовку, подачу и распределение воды через системы водоснабжения водопотребителям;

Возвратные воды - подземные и поверхностные воды, стекающие с орошаемых территорий, или воды, сбрасываемые промышленными предприятиями, установками бытового водоснабжения и коммунальными предприятиями;

Вредное воздействие вод - наводнение, затопление, подтопление и иное отрицательное влияние вод, обуславливающие наступление или угрозу возникновения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера;

Зона санитарной охраны - специально выделяемая территория вокруг источника водоснабжения и водопроводных сооружений, на которой должен соблюдаться установленный режим с целью охраны источника водоснабжения (открытого и подземного), водопроводных сооружений и окружающей их территории от загрязнения для предупреждения ухудшения качества воды;

Минеральные подземные воды - подземные воды, которые по своему составу и (или) содержанию некоторых специфических компонентов оказывают положительные бальнеологические воздействия;

Система водоотведения - комплекс инженерных сетей и сооружений, предназначенный для сбора, транспортировки, очистки и отведения сточных вод;

Система водоснабжения - комплекс инженерных сетей и сооружений, предназначенный для забора, хранения, подготовки, подачи и распределения воды к местам ее потребления;

Сточные воды - воды, образующиеся в результате хозяйственной деятельности человека или на загрязненной территории, сбрасываемые в естественные или искусственные водные объекты или на рельеф местности;

Аннотация 

    Существование биосферы и человека всегда было основано на использовании воды. Человечество всегда стремилось к увеличению водопотребления, оказывая на гидросферу многообразное давление. Загрязнение водных экосистем представляет огромную опасность для всех живых организмов и, в частности, для человека. Для здоровья человека неблагоприятные последствия при использовании загрязненной воды, а также при контакте с ней (купание, стирка, рыбная ловля и др.) проявляются либо непосредственно при питье, либо в результате биологического накопления. При непосредственном контакте человека с бактериально загрязненной водой, а также при проживании или нахождении близ водоема различные паразиты могут проникнуть в кожу и вызвать тяжелые заболевания, особенно характерные для тропиков и субтропиков. В современных условиях увеличивается опасность и таких эпидемических заболеваний как холера, брюшной тиф, дизентерия и др.

    Остановить стихийное развитие событий помогут лишь знания о том, как ими управлять и, в случае с экологией, эти знания должны "овладеть массами", большей частью общества, что возможно лишь через всеобщее экологическое образование людей. Всем известно, что без воды наша жизнь была бы невозможной. Но при ее потреблении возникают определенные проблемы. Использование воды ненадлежащего качества очень сильно влияет на здоровье человека и срок службы бытовой техники. Поэтому вода, поступающая из скважины или водопровода, нуждается в специальной обработке, представляющей собой комплекс физических, химических и биологических методов.

  Введение

    Из воды возникло всё. Вода – универсальное сырьё любой культуры и фундамент любого человеческого и духовного развития.  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.

    Среда обитания организма – это совокупность абиотических и биотических условий его жизни. Свойства среды постоянно меняются, и любое существо, чтобы выжить, приспосабливаются к этим изменениям. С экологических позиций среда – это природные тела и явления, которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях.

    Земной биотой освоены три основные среды обитания: водная, наземно-воздушная и почвенная вместе с горными породами приповерхностной части литосферы. Вода физиологически необходима для любой протоплазмы.

    С экологической точки зрения она служит лимитирующим фактором, как в наземных местообитаниях, так и в водных, где ее количество подвержено сильным колебаниям, или там, где высокая соленость способствует потере воды организмом через осмос.

    Источником воды для растений и животных служат атмосферные осадки, водоемы, подземные воды, роса и туман. Влажность воздуха определяется содержанием в нем водяного пара. Наибольшая влажность отмечается на побережьях морей и океанов (до 100%), а наименьшая—в пустынях (2—4%).

1.      Вода как важнейший фактор среды обитания человека

1.1    Актуальность проблемы воды в мире

    Значение воды для обеспечения жизнедеятельности человека обусловлено ролью, которую она играет в круговороте природы, а также в удовлетворении физиологических, гигиенических, рекреационных, эстетических и других потребностей человека.

    Вода - один из важнейших факторов внешней среды, от которого зависит здоровье миллионов масс населения, их нормальная жизнедеятельность.

    Человеческий организм нуждается в поступлении воды даже в условиях покоя. Сравнительно небольшой дефицит воды в организме приводит к серьезным нарушениям в состоянии здоровья: при потере 20-22 % воды в организме его существование невозможно.

    Это связано с тем, что процессы пищеварения, синтез живого вещества и все обменные реакции происходят  только  водной среде.

    Важное значение воды не исчерпывается лишь ее физиологической ролью. Большое количество воды необходимо и для других целей жизни человеческого общества, в частности, для хозяйственно-бытовых нужд, создания должного санитарно-технического режима лечебно-профилактических учреждений, предприятий пищевой промышленности и общественного питания, для проведения оздоровительных и физкультурных мероприятий, а также гидротерапии. В городах много воды расходуется на мойку улиц и поливку зеленых насаждений.

    Однако бездумное развитие промышленности, транспорта, перенаселение ряда регионов планеты привело к значительному загрязнению гидросферы. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) около 80 % всех инфекционных болезней в мире связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушениями санитарно-гигиенических норм водоснабжения. Количество людей, имеющих хронические заболевания в связи с использованием загрязненной воды, приближается в мире к 2 миллиардам человек. Ежегодно от этого умирает около 6 тыс. миллионов человек.

    По данным ООН, в мире выпускается до 1 млн. наименований продукции, из которых 100 тыс. являются химическими соединениями, в том числе 15 тыс. являются потенциальными токсикантами. По экспертным оценкам, до 80% всех химических соединений, поступающих во внешнюю среду, рано или поздно попадают в водоисточники.

    Подсчитано, что ежегодно в мире сбрасывается более 420 км сточных вод, которые в состоянии сделать непригодный к употреблению около 7 тыс. км чистой воды, что в 1,5 раза больше всего речного стока стран СНГ.

    К сожалению, наука еще не в состоянии дать полную картину нанесенного воде ущерба. К примеру, по данным совета Национальной академии наук США, токсикологи обладают относительно полной информацией о влиянии на здоровье человек лишь 10 % используемых сейчас пестицидов и 18% используемых лекарств. По меньшей мере, 1/3 пестицидов и лекарств не проходила никаких испытаний на  токсичность.

В отношении используемых химикатов проблема еще серьезнее: 80 % из них не проходили никаких испытаний. Эта ситуация в сочетании с участившимися утечками, выбросами и авариями техногенного характера потенциально чревата серьезным загрязнением гидросферы планеты и возможностью пагубного воздействия на здоровье населения.

    Наиболее интенсивному антропогенному воздействию подвергаются пресные поверхностные воды суши (реки, озера, болота, почвенные и грунтовые воды). Хотя их доля в общей массе гидросферы невелика (менее 0,4 %), высокая активность водообмена многократно  увеличивает их запасы. Под активностью водообмена понимается скорость возобновления отдельных водных ресурсов гидросферы, которая выражается числом лет или суток, необходимых для полного возобновления водных ресурсов.

    В настоящее время самый крупный потребитель воды рек и водохранилищ -  ирригация. Использование воды на сельскохозяйственные нужды имеет наибольший удельный вес, достигая 60-70% всех ресурсов. На втором месте стоят промышленность и энергетика, на третьем – коммунальное хозяйство городов.

    Особое место в использовании водных ресурсов занимает потребление воды населением. Количество воды, необходимое для одного жителя в  сутки, зависит от климата местности, культурного уровня населения, степени благоустройства города и жилого фонда. На его основе разработаны «Нормы потребления». В принятые нормы входит расход воды в квартирах, предприятиями культурно- бытового, коммунального обслуживания и общественного питания.

    В Южно-Казахстанской области обеспеченность населения водопроводной водой составляет 67,4%. 

    По районам этот показатель сильно варьирует,  в частности, в Махтааральском районе этот показатель составляет 92%, в Сарыагашском – 12%, в Казыгуртском – 24%, в Созакском – 27,6%, в Шардаринском – 33%.

    Низкое качество питьевой воды по показателям бактериологического загрязнения регистрируется в Тюлькубасском, Казыгуртском, Сайрамском районах. Более 20% проб воды не соответствуют нормативам по химическим показателям в Тюлькубасском, Ордабасинском, Шардаринском районах. Продолжается рост заболеваемости вирусным гепатитом в большинстве районов области. Для улучшения обеспечения питьевой водой городского населения Южно-Казахстанской области предусматривается реконструкция водопроводных сетей в городах Шымкент, Шардара.

    Следовательно, суммарная мощность городского водопровода должна обеспечить непосредственные нужды населения, расход воды в общественных зданиях, поливку зеленых насаждений и хозяйственно- питьевые нужды промышленных предприятий.

1.2  Загрязнение воды

    Решение проблемы удовлетворения потребностей человека в воде для различных целей тесно связано и с обеспечением ее необходимого качества. Конечно, вопрос о качестве воды рассматривается по-разному в зависимости от ее назначения. Одни требования выдвигаются промышленностью и разными ее отраслями, другие - сельским хозяйством, животноводством, рыбным хозяйством, и, наконец, особые, самые высокие при использовании воды человеком.

    Известно, например, что отдельные производства (такие, как пищевое) нуждаются в воде весьма высокого качества. При орошении полей крайне важно, чтобы в воде не было ядовитых химических веществ в концентрациях, которые могут нанести ущерб растениям.

    Однако наибольшее значение вопросы качества приобретают для так называемой хозяйственно-питьевой воды, идущей человеку на питьевые, хозяйственно-бытовые и культурные нужды. Это обусловлено тем, что вода может быть причиной развития разных изменений в организме и способствовать возникновению инфекционных и неинфекционных заболеваний человека. Примеси, от которых зависит безопасность ресурсов питьевой воды, подразделяются на три обширные категории:

– неорганические химические вещества, к числу которых относятся ртуть, кадмий, нитраты и т.д.;

– органические химические соединения (пестициды, полихлорбифенилы);

– болезнетворные микроорганизмы, паразиты.

    Наиболее массовые и с тяжелыми последствиями нарушения здоровья связаны с возможностью переноса с водой носителей острых кишечных инфекций, перечень которых чрезвычайно велик. Доказана возможность передачи через воду холеры, брюшного тифа и сальмонеллезов, дизентерии, туляремии, бруцеллеза, вирусного гепатита (болезнь Боткина) и ротавирусного энтерита. В воде источников водоснабжения часто обнаруживаются вирусы полиомиелита, различные адено - и энтеровирусы.

Инфекционная заболеваемость населения, связанная с водоснабжением, достигает  500 млн. случаев в год. Это дает основание назвать проблему гигиены воды, т.е. снабжения доброкачественной водой в достаточном количестве, проблемой номер один.

    Патогенные микробы попадают в водоисточники с выделениями людей и животных. Наиболее подвержены бактериальному загрязнению поверхностные водоемы, особенно в густонаселенных и урбанизированных районах. Крайне опасны в этом отношении необеззараженные стоки инфекционных и ветеринарных больниц, городские бытовые стоки и отходы предприятий по переработке животного сырья.

    Патогенные микробы проникают в открытые водоемы также при сбросе нечистот в водоемы с речных судов, при загрязнении берегов и смывании загрязнений с поверхности почвы атмосферными осадками, при водопое скота, стирке белья и купании.

    Вода может стать также источником заражения человека животными паразитами – гельминтами, или глистами. С загрязненной фекалиями водой к человеку попасть их яйца, которые в кишечнике превращаются во взрослых паразитов – таковы аскариды, власоглав, острицы и др. Заражение человека  животными-паразитами происходит  и более сложным путем через так называемого промежуточного хозяина (рака-циклопа, рыбу при дифиллоботриозе и описторхозе).

    Серьезная опасность для здоровья населения связана также с химическим составом воды. В природе вода никогда не встречается в виде химически чистого соединения. Обладая свойствами универсального растворителя, она постоянно несет большое количество различных элементов и соединений, соотношение которых определяется условиями формирования воды, составом водоносных пород. /1/

    Большое влияние на состав природных вод, как поверхностных, так и подземных, оказывает в наше  время их техногенное загрязнение.  Поэтому роль воды в развитии заболеваний неинфекционной природы определяется содержанием в ней химических примесей, наличие и количество которых обусловлено техногенными и антропогенными факторами.

    В результате экспериментальных и клинико-медицинских исследований установлено неблагоприятное влияние на организм жесткости воды, вызванное суммарным содержанием в ней солей кальция и магния. Высокая жесткость может играть этиологическую роль в развитии мочекаменной болезни человека. Урологами выделяются даже так называемые «каменные» зоны – территории, на которых уролитиаз может считаться эндемическим заболеванием. В последние годы высказано предположение, что воды   с низким содержанием солей жесткости способствуют развитию сердечно - сосудистых заболеваний.

    В настоящее время широко известно возникновение патологических изменений в организме, связанных с повышенным количеством в воде нитратов. Последние (при их восстановлении нитриты) способствуют образованию в крови метгемоглобина, препятствующего нормальному окислительному процессу в организме. Результатом является метгемоглобинемия  (токсический цианоз), весьма тяжелое заболевание. Особенно страдают от метгемоглобинемии грудные дети, питающиеся пищевой молочной смесью, приготовленной на воде с повышенным содержанием нитратов.

    В последние годы внимание ученых привлекают нитрозамины – вещества, образующиеся при взаимодействии нитратов с алифатическими и ароматическими аминами.  Эти соединения широко используются в промышленности; доказана возможность их синтеза в природных водоемах, а также в организме человека. Нитрозамины являются весьма активными канцерогенами. Многообразие возможных путей проникновения их в воду хозяйственно-питьевого водоснабжения, хорошая растворимость их, а также высокая стабильность делают питьевую воду одним из основных источников поступления нитрозаминов в организм человека.

    Значение микроэлементов для жизни человека и животных определяется их биологической ролью, так как они участвуют в минеральном обмене и влияют на общий обмен веществ в природе как катализаторы биохимических процессов. В воде обнаружено до  микроэлементов, содержащихся в тканях живых организмов в концентрациях в тысячные доли процента и менее.

    За последние десятилетия во всем мире отмечается интенсивный рост техногенного химического загрязнения водоемов, используемых населением. Развитие химической промышленности, химизация сельского хозяйства, широкое использование новых препаратов в быту и на производстве резко обострили вопрос о предупреждении попадания повышенных концентраций этих веществ в организм человека с водой. /2/

    Основным источником химического загрязнения водоемов являются промышленные предприятия и, в первую очередь, химические производства, предприятия нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, производства новых синтетических материалов, ядохимикатов, моющих средств, заводы по термической обработке твердого и жидкого топлива и др. Их сбросы неочищенных или плохо очищенных стоков могут представлять значительную угрозу для здоровья населения.

    Уровень загрязнения воды определяется присутствием органических отходов (пестициды, нитраты, фосфаты, полихлорбифенилы и др.). Источниками таких отходов могут быть фабрики, заводы, города или сельское хозяйство; в частности, бытовые сточные воды, содержащие фосфаты моющих средств и конечных продуктов жизнедеятельности животных и человека.

    Органические отходы окисляются бактериями и другими микроорганизмами. Для окисления микроорганизмам необходим кислород, растворенный в воде, а между тем многие полезные обитатели рек с трудом переносят пониженное содержание кислорода или вообще не способны существовать в таких условиях. Например, вносимые в природные водоемы органические вещества служат источником питания для фотосинтезирующих водорослей, численность которых достигает катастрофических размеров («цветения» воды).

    Известны трагические случаи острых отравлений тяжелыми металлами, возникающие в результате промышленного загрязнения природных вод. Массовое отравление кадмием наблюдалось в Японии среди жителей побережья р. Инитай; заболело около 200 человек, причем в половине случаев со смертельным исходом. Причиной отравления послужили сточные воды кадмиевого рудника, использовавшиеся для орошения рисовых полей. Описаны случаи возникновения дерматитов при пользовании подземной водой, загрязненной солями хрома в  Венгрии. Массовые отравления ртутью в Японии были вызваны сбросом промышленных сточных вод в Йокогамский залив и р. Агано, что привело к накоплению ртути в промысловой рыбе - основном продукте питания местного населения.

    Около 1/3 всей массы загрязняющих веществ вносится в водоисточники поверхностными и ливневыми стоками с территорий санитарно неблагоустроенных населенных мест, сельскохозяйственных объектов и угодий, что влияет на сезонное, в период весеннего паводка, ухудшение  качества питьевой воды, ежегодно отмечаемое в крупных городах, в том числе в Москве.

    Наиболее распространенными загрязняющими веществами в поверхностных водах являются нефтепродукты, фенолы, легко-окисляемые органические вещества; соединения меди, цинка, а в отдельных регионах страны – аммонийный и нитритный азот, лигнин, ксантогенаты, анилин, формальдегид и др. Огромное количество загрязняющих веществ вносится в поверхностные воды со сточными водами предприятий черной  и цветной металлургии, химической, нефтехимической, нефтяной, газовой, угольной, лесной, целлюлозно-бумажной промышленности, предприятий сельского и коммунального хозяйства, поверхностными стоками с прилегающих территорий. Существенное влияние на содержание биогенных и органических веществ оказывают сельскохозяйственные угодья, а также пастбища и животноводческие фермы. /3/

    Загрязнению подвергаются не только поверхностные, но и подземные воды. В целом состояние подземных вод оценивается как критическое и имеет опасную тенденцию дальнейшего ухудшения.

    Подземные воды страдают от загрязнений нефтяными промыслами, предприятиями горнодобывающей промышленности, отходов полей фильтрации, шлаконакопителей и отвалов металлургических заводов, хранилищ химических отходов и удобрений, свалок, животноводческих комплексов, канализационных стоков населенных пунктов.

    Из загрязняющих подземные воды веществ преобладают: нефтепродукты, фенолы, тяжелые металлы (медь, цинк, свинец, кадмий, никель, ртуть), сульфаты, хлориды, соединения азота. Для 30 % выявленных участков загрязнения подземных вод интенсивность загрязнения изменяется в пределах 10-100 ПДК, для 12 % -  превышает 100 ПДК по тому или иному веществу.

    Воздействие меньших уровней загрязнения, не приводя к развитию заболевания, также сказывается на состоянии здоровья населения, вызывая неспецифические признаки его нарушения, ослабляя защитные силы организма.

    Таким образом, основными источниками загрязнения гидросферы являются:

– промышленные сточные воды;

– хозяйственно – бытовые сточные воды;

– дренажные воды с орошаемых земель;

– организованный и неорганизованный сток с территорий населенных пунктов и промышленных площадок;

– сельскохозяйственные поля и крупные животноводческие комплексы;

– водный транспорт.

    Следует особо отметить, что неудовлетворительное санитарно- техническое состояние водопроводных сооружений и сетей является причиной вторичного загрязнения питьевой воды при транспортировании  по разводящей системе. Углубленный анализ питьевой воды, проведенный НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина Российской Академии медицинских наук (РАМН), свидетельствует о несоответствии качества воды гигиеническим требованиям в 80-90% централизованных систем водоснабжения.

    Таким образом, природная вода не всегда может удовлетворить физиологические и гигиенические потребности человека. В ряде случаев ее потребление может приводить к различным расстройствам здоровья. Отсюда вытекает необходимость гигиенического нормирования или стандартизации состава и свойств питьевой воды, а также обработки воды источника водоснабжения.

1.3 Источники загрязнения

Населенные пункты.

    Наиболее известным источником загрязнения воды, которому традиционно уделяется главное внимание, являются бытовые (или коммунальные) сточные воды. Водопотребление городов обычно оценивают на основе среднего суточного расхода воды на одного человека, в США равного примерно 750 л и включающего воду питьевую, для приготовления пищи и личной гигиены, для работы бытовых сантехнических устройств, а также для полива лужаек и газонов, тушения пожаров, мытья улиц и других городских нужд. Почти вся использованная вода поступает в канализацию. Поскольку ежедневно в сточные воды попадает огромный объем фекалий, главной задачей городских служб при переработке бытовых стоков в коллекторах очистных установок является удаление патогенных микроорганизмов. При повторном использовании недостаточно очищенных фекальных стоков содержащиеся в них бактерии и вирусы могут вызвать кишечные заболевания (тиф, холеру и дизентерию), а также гепатит и полиомиелит.

    В растворенном виде в сточных водах присутствуют мыло, синтетические стиральные порошки, дезинфицирующие средства, отбеливатели и другие вещества бытовой химии. Из жилых домов поступает бумажный мусор, включая туалетную бумагу и детские подгузники, отходы растительной и животной пищи. С улиц в канализацию стекает дождевая и талая вода, часто, с песком или солью, используемыми для ускорения таяния снега и льда на проезжей части улиц и тротуарах.

Промышленность.

    В индустриально развитых странах главным потребителем воды и самым крупным источником стоков является промышленность. Промышленные стоки в реки по объему в 3 раза превышают коммунально-бытовые.

    Вода выполняет разные функции, например, служит сырьем, обогревателем и охладителем в технологических процессах, кроме того, транспортирует, сортирует и промывает разные материалы. Вода также выводит отходы на всех стадиях производства – от добычи сырья, подготовки полуфабрикатов до выпуска конечной продукции и ее расфасовки. Поскольку гораздо дешевле выбрасывать отходы разных производственных циклов, чем перерабатывать и утилизовать, с промышленными стоками сбрасывается громадное количество разнообразных органических и неорганических веществ. Более половины стоков, поступающих в водоемы, дают четыре основные отрасли промышленности: целлюлозно-бумажная, нефтеперерабатывающая, промышленность органического синтеза и черная металлургия (доменное и сталелитейное производства). Из-за растущего объема промышленных отходов нарушается экологическое равновесие многих озер и рек, хотя большая часть стоков нетоксична и несмертельна для человека. /4/

Тепловое загрязнение.

    Наиболее масштабное однократное употребление воды – производство электроэнергии, где она используется главным образом для охлаждения и конденсации пара, вырабатываемого турбинами тепловых электростанций. При этом вода нагревается в среднем на 7° С, после чего сбрасывается непосредственно в реки и озера, являясь основным источником дополнительного тепла, который называют «тепловым загрязнением». Против употребления этого термина имеются возражения, поскольку повышение температуры воды иногда приводит к благоприятным экологическим последствиям.

Сельское хозяйство.

    Вторым основным потребителем воды является сельское хозяйство, использующее ее для орошения полей. Стекающая с них вода насыщена растворами солей и почвенными частицами, а также остатками химических веществ, способствующих повышению урожайности. К ним относятся инсектициды; фунгициды, которые распыляют над фруктовыми садами и посевами; гербициды, знаменитое средство борьбы с сорняками; и прочие пестициды, а также органические и неорганические удобрения, содержащие азот, фосфор, калий и иные химические элементы.

    Кроме химических соединений, в реки попадает большой объем фекалий и других органических остатков с ферм, где выращиваются мясомолочный крупный рогатый скот, свиньи или домашняя птица. Много органических отходов также поступает в процессе переработки продукции сельского хозяйства (при разделке мясных туш, обработке кож, производстве пищевых продуктов и консервов и т.д.).

1.4 Влияние загрязнения