Глава 4 Защита гидросферы

4.1 Нормирование качества воды в водоемах

Качество воды - это характеристика состава и свойств воды, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования.

Под водопользованием понимают порядок, условия и формы использования водных ресурсов. Нормирование качества воды водоемов проводят в соответствии с “Правилами охраны вод”, (1991 г), которые устанавливают нормы качества воды водоемов для условий: хозяйственно-питьевого, коммунально-бытового и рыбохозяйственного водопользования.

К хозяйственно-питьевому водопользованию относится использование водных объектов или их участков в качестве источников хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности.

К коммунально-бытовому водопользованию относится использование водных объектов для купания, занятия спортом и отдыха населения. Требования к качеству воды, установленные для коммунально-бытового водопользования, распространяются на все участки водных объектов, находящихся в черте населенных мест, независимо от вида их использования.

К рыбохозяйственному водопользованию относится использование водных объектов для обитания, размножения и миграции рыб и других водных организмов.

Рыбохозяйственные водные объекты или их участки могут относиться к одной из трех категорий:
· к высшей категории относятся места расположения нерестилищ, массового нагула особо ценных и ценных видов рыб и других промысловых водных организмов, а также охранные зоны хозяйств для их искусственного разведения;
· к первой категории относятся водные объекты, используемые для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к содержанию кислорода;
· ко второй категории относятся водные объекты, используемые для других рыбохозяйственных целей.

Нормы качества водных объектов включают:
· общие требования к составу и свойствам воды водоемов для различных видов водопользования, которые включают такие показатели как: наличие взвешенных веществ, плавающих примесей, запаха и вкуса, окраски, растворенного кислорода, возбудителей заболеваний, ядовитых веществ, а также температура воды, водородный показатель рН, минерализация воды, биохимическое потребление кислорода (БПКполное ), (см. Приложение Ж);
· перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) нормированных веществ в воде водных объектов, используемых для хозяйственно-питьевых и коммунально-бытовых нужд населения, которые утверждаются Минздравом РФ (см. Приложение И);
· перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) нормированных веществ в воде водных объектов, используемых в рыбохозяйственных целях, которые утверждаются Минрыбхозом РФ.

Для воды установлены ПДК более чем 960 химических соединений, которые объединены в три группы по следующим лимитирующим показателям вредности (ЛПВ): санитарно-токсикологическому (с.-т.); общесанитарному (общ.); органолептическому (орг.). В перечнях ПДК должны быть указаны ЛПВ, класс опасности, нормативное числовое значение с указанием единицы измерения.

Под органолептическими показателями понимаются те, которые определяют внешний вид воды и воспринимаются органами чувств (зрением, обонянием). Описание и определение органолептических свойств имеет значение для санитарной характеристики воды: наличие постороннего запаха и цвета указывает на загрязнение воды; мутная вода неприятна по внешнему виду и подозрительна в бактериальном отношении; гуминовые кислоты, обусловливающие цветность воды, могут неблагоприятно влиять на минеральный обмен в организме и т. п.

Для всех нормированных веществ при рыбохозяйственном водопользовании и для веществ, относящихся к 1 и 2 классам опасности при хозяйственно-питьевом и коммунально-бытовом водопользовании, при поступлении в водные объекты нескольких веществ с одинаковым ЛПВ и с учетом примесей, поступающих в водный объект от вышерасположенных источников, должно выполнятся условие:

<=1,       (4.1)
где C1 , C2 , C n- концентрация каждого из веществ в контрольном створе, мг/дм3 ;

ПДК1, ПДК2,...ПДК n - предельно допустимые концентрации тех же веществ, мг/дм3.

Примечание: Контрольный створ - поперечное сечение потока, в котором контролируется качество воды.

Для уникальных водных объектов, имеющих экологическую, научную, историческую или культурную ценность, могут устанавливаться особые требования к качеству воды. Таким водным объектам может быть придан статус заповедника или заказника в установленном законом порядке.

Самые высокие требования предъявляются к питьевой воде. Санитарные нормы на воду, используемую для питья и в пищевой промышленности, определяют благоприятные для человека органолептические показатели воды: вкус, запах, цвет, прозрачность, а также безвредность ее химического состава и эпидемиологическую безопасность. Одни и те же требования предъявляются к воде из любого источника водоснабжения независимо от способа ее обработки и конструкции водозабора и водопровода. Для питьевой воды ГОСТ 2874-82 устанавливает следующие нормативы органолептических показателей:

· запах при 20 oС и при 60 oС не более 2 баллов (слабый, не привлекающий внимания, но такой, который можно заметить);

· привкус при 20 oС - не более 2 баллов;

· цветность - не более 20 градусов; мутность по стандартной шкале - не более 1,5 мг/дм 3.

· наличие минеральных примесей (мг/дм 3) не должно превышать: хлоридов (Cl-)-350; сульфатов (SO2- 4 )-500; железа (Fe 3+ + Fe 2+ )- 0, 3; марганца ( Mn 2+)- 0,1; меди (Cu 2+)-1,0; сухого остатка-1000;

· реакция среды рН 6, 5- 8, 5.

Таким образом, вода пригодна для питья, если ее минерализованность не превышает 1000 мг/дм 3 .Очень малая минерализованность воды (ниже 100 мг/дм 3) тоже ухудшает ее вкус, а вода, вообще лишенная солей (дистиллированная), вредна для здоровья, так как ее употребление нарушает пищеварение и деятельность желез внутренней секреции. Вопрос доброкачественности питьевой воды решают путем определения количества кишечных палочек в 1 дм 3 воды. Кишечная палочка- это микроб, постоянно обитающий в кишечнике человека и животных и, следовательно, безвредный. Однако ее присутствие в воде свидетельствует о наличии в ней выделений людей или животных и о возможности загрязнения воды болезнетворными бактериями. Согласно ГОСТу, в 1 дм 3 питьевой воды может содержаться не более трех бактерий группы кишечных палочек (БГКП). Это число называется коли-индексом.

К общесанитарным показателям воды водоемов относятся : взвешенные вещества (грубодисперсные примеси), сухой остаток, водородный показатель (рН), жесткость, содержание кальция, магния, хлоридов, сульфатов, солей аммония, нитратов, нитритов, растворенного кислорода, сероводорода и некоторых других неорганических и органических веществ.

К вредным веществам, имеющим санитарно-токсикологический ЛПВ, относятся неорганические вещества: бериллий, мышьяк, ртуть, роданиды, селен, цианиды, свинец, молибден, фториды и другие, органические вещества: бензол, бенз (а) пирен, анилин, ДДТ, формальдегид, метанол, полиакриламид и другие.

Общие требования к составу и свойствам воды водных объектов, используемых для хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых целей приведены в Приложении Ж, а ПДК некоторых вредных веществ в водной среде в Приложении И.


4.2 Охрана водных объектов при сбросе сточных вод

4.2.1 Классификация сточных вод

В соответствии с «Правилами охраны вод» вода, организованно возвращаемая с помощью технических сооружений и средств из хозяйственного звена круговорота воды в естественные звенья (океаны, озера, реки, литосферу) называется возвратной водой - это обобщенное название отводимых в водный объект сточных, сбросных, дренажных вод.

Сточная вода- это разновидность возвратной воды; включает хозяйственно-бытовую сточную воду населенных мест, дождевую (снеговую) сточную воду, стекающую с застроенных территорий, производственную сточную воду.

Сбросная вода- оросительная и поливомоечная вода, отводимые соответственно от орошаемых сельхозугодий и застроенных территорий; разновидность возвратной воды.

Дренажная вода - подземная вода, отводимая от орошаемых и осушаемых земельных массивов.

При сбросе возвратных (сточных) вод в водоемы нормативное качество воды в контрольных створах не должно нарушаться.

В соответствии с «Правилами охраны вод» запрещается сбрасывать в водные объекты:

· возвратные (сточные) воды, содержащие вещества, для которых не установлены ПДК или ОДУ (ориентировочные допустимые уровни), а также вещества, для которых отсутствуют методы аналитического контроля, за исключением тех веществ, что содержатся в воде водоема;
· возвратные (сточные) воды, которые с учетом их свойств и местных условий могут быть направлены в системы оборотного водоснабжения, для повторного использования, для орошения в сельском хозяйстве при соблюдении санитарных требований или для других целей;
· производственные, хозяйственно-бытовые сточные воды, дождевые и талые воды, отводимые с территорий промышленных площадок и населенных мест, не прошедшие очистку до установленных требований;
· сточные воды, оказывающие токсическое действие на живые организмы (по результатам биотестирования);
· возвратные (сточные) воды в пределах зон санитарной охраны источников хозяйственно-питьевого водоснабжения, в водные объекты, используемые для лечебных целей, в местах нереста, искусственного разведения рыб и других водных организмов, в заповедные водоемы;
· возвратные (сточные) воды, содержащие возбудителей инфекционных заболеваний, а также вещества, концентрации которых превышают ПДК и их фоновые значения в водоеме, если для них не установлены нормы предельно допустимого сброса (ПДС), указанные в разрешении на сброс возвратных (сточных) вод;
· запрещается сброс в водные объекты, на поверхность ледяного покрова и водосбора, а также в системы канализации осадков, образующихся в процессе очистки сточных вод, в том числе содержащие радионуклиды, технологические и бытовые отходы;
· не допускаются утечки в водоемы от нефте- и продуктопроводов, нефтепромыслов, а также сброс мусора, неочищенных сточных, балластных вод, а также сброс других веществ с плавучих средств водного транспорта;
· не допускается производить в водоеме и на их берегах мойку транспортных средств, а также проведение любых работ, которые могут явиться источником загрязнения вод.

Сброс возвратных (сточных вод) в водные объекты является одним из видов специального водопользования и осуществляется на основании разрешений, выдаваемых в установленном порядке органами Госкомэкологии по согласованию с органами Госсанэпиднадзора, и с учетом требований рыбного хозяйства. Условия отведения возвратных (сточных) вод в водные объекты определяются с учетом:

· степени смешения возвратных (сточных) вод с водой водного объекта на расстоянии от места их выпуска до ближайшего контрольного створа водопользования;
· фонового состава и свойств воды водоема в местах выпуска сточных вод.

На основании расчета для каждого выпуска сточных вод устанавливаются предельно допустимые сбросы (ПДС) веществ, соблюдение которых должно обеспечивать нормативное качество воды в контрольных створах водоема или неухудшение сформировавшихся под влиянием природных факторов состава и свойств воды, качество которой хуже нормативного.

ПДС устанавливается для каждого контролируемого показателя с учетом фоновой концентрации, категории водопользования, норм качества воды в водоеме, его ассимилирующей способности и оптимального распределения между водопользователями массы веществ, сбрасываемых со сточными водами. Расчет ПДС целесообразно производить одновременно для всех водопользователей речного бассейна с рассмотрением взаимного влияния выпусков сточных вод.

Примечания

Ассимилирующая способность водного объекта- способность водного объекта принимать определенную массу веществ в единицу времени без нарушения норм качества воды в контрольном створе водопользования;

Фоновая концентрация- концентрация вещества в воде, рассчитываемая применительно к данному источнику примесей в фоновом створе водного объекта при расчетных гидрологических условиях, учитывающая влияние всех источников примесей за исключением данного источника;

Фоновый створ - поперечное сечение потока, в котором определяется фоновая концентрация веществ в воде.

Место выпуска сточных вод населенного пункта должно быть распложено ниже его границы по течению реки на расстоянии, исключающем влияние сгонно-нагонных явлений.

4.2.2 Виды загрязнений и контроль состава сточных вод

Сточные воды представляют собой сложные гетерогенные системы, загрязненные веществами, которые могут находиться во всех состояниях - растворенном, коллоидном и нерастворенном. Коллоидные и нерастворенные вещества образуют грубо - и тонкодисперсные суспензии, эмульсии, пену.

В сточных водах всегда присутствуют как органические, так и неорганические компоненты загрязнений.

Органические вещества в бытовых стоках находятся в виде белков, углеводов, жиров, продуктов физиологической переработки. Кроме того, бытовые стоки содержат крупные примеси- тряпье, бумагу, отбросы органического происхождения, а также синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ). Из неорганических компонентов в этой категории стоков всегда присутствуют в виде ионов калий, натрий, кальций, магний, хлор, карбонаты, сульфаты. Таким образом, для бытовых стоков характерно наличие в них всех основных биогенных элементов: C, N, P, S, K.

Бытовые стоки, кроме того, обязательно имеют в своем составе биологические загрязнения, которые представлены бактериями, в основном выделенными из кишечника человека, яйцами гельминтов, дрожжевыми и плесневыми грибками, мелкими водорослями, вирусами, в связи с чем, эти стоки представляют существенную эпидемиологическую опасность для человека, животных, растений, а также для природных сообществ в целом.

Состав сточных вод промышленных предприятий весьма разнообразен и индивидуален, зависит от вида выпускаемой продукции, типа технологического оборудования, применяемых сырья и материалов и многих других факторов.

В воде хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения нормируются цвет, запах, прозрачность, кислотность, щелочность, сухой остаток, рН, содержание азота, окисляемость, биохимическая потребность в кислороде (БПК), содержание растворенного кислорода, хлоридов, свободного хлора (в случае обеззараживания стоков хлором), фосфатов, фторидов, железа, нитратов, нитритов, жесткость и другие компоненты. Все эти компоненты контролируются и в производственных сточных водах. Однако в них определяют и специфические компоненты, характерные для конкретных проб, связанные с особенностями производства, например, в сточных водах нефтехимических, большинства машиностроительных и металлургических производств определяют содержание нефтепродуктов; в стоках производств с применением электролиза и гальванизации - содержание металлов, цианидов.

Для характеристики состава сточных вод применяют большое число разнотипных анализов - химических, физико-химических, санитарно-бактериологических, а также определение органолептических свойств воды с помощью органов чувств исследователя.

Трудности определения специфических примесей в сточных водах различных производств обусловлены непостоянством состава стоков, малыми концентрациями компонентов, одновременным присутствием многих разнохарактерных веществ, взаимновлияющих и затрудняющих избирательное определение. Для решения этой сложной задачи широко используются современные физико-химические методы исследования - фотоколориметрия, спектрофотометрия, методы спектрального, хроматографического, полярографического анализа.

Систематический анализ состава сточных вод ,сбрасываемых промышленными предприятиями и предприятиями коммунального хозяйства, необходим для проверки эффективности работы очистных сооружений, оценки воздействия сбрасываемых стоков на водоемы, разработки мероприятий по совершенствованию работы очистных сооружений и для осуществления дополнительных мер по охране водоемов.

4.3 Очистка сточных вод

Методы, применяемые для очистки сточных вод, могут быть разделены на три группы:

1. Механические;
2. Физико-химические;
3. Биологические.

Для ликвидации бактериального загрязнения сточных вод применяют их обеззараживание (дезинфекцию).

4.3.1 Очистка бытовых сточных вод

По многочисленным подземным артериям текут день и ночь бытовые стоки на городские очистные сооружения.

К бытовым (фекальным) сточным водам относятся стоки, поступающие в канализацию из кухонь и туалетных комнат, бань, прачечных, после мытья полов, а также из бытовых помещений промышленных предприятий.

Методы очистки бытовых сточных вод подразделяются на механические и биологические.

Сложный многоступенчатый путь очищения и возрождения воды на очистных сооружениях начинается с приемной камеры, затем различные механические сооружения процеживают ее, освобождая от грязи, мусора, вредных примесей. При механической очистке сточных вод происходит разделение их жидкой и твердой фаз. Для этой цели применяются решетки, решетки-дробилки, песколовки, различные отстойники и т.д. Механическая очистка служит предварительной стадией перед биологической очисткой, так как, очищая воду, все эти решетки, песколовки и другие механизмы не могут ее оживить. Эта вода мертвая, в ней нет ни солей, ни микроорганизмов, ни других необходимых компонентов.

Воде возвращают жизнь микроорганизмы, знакомые нам по школьному учебнику зоологии - инфузории-туфельки, коловратки и др., так называемый “ активный ил “, в котором содержатся все эти микроорганизмы и который является основным механизмом биологической очистки жидкой части сточных вод. В результате жизнедеятельности микроорганизмов происходит окисление или восстановление органических веществ, находящихся в сточных водах в виде тонких суспензий, коллоидов и в растворе, и являющихся для микроорганизмов источником питания, в результате чего и происходит очистка сточных вод от органических загрязнений.

Сооружения для биологической очистки могут быть разделены на два типа:

Сооружения, в которых очистка происходит в условиях, близких к естественным (естественная биологическая очистка);

Сооружения, в которых очистка происходит в искусственно созданных условиях (искусственная биологическая очистка).

Естественная биологическая очистка сточных вод осуществляется на полях фильтрации, полях орошения, в биологических прудах и т.п., (см. рисунок Г.4).

Для искусственной биологической очистки применяют специальные сооружения: аэротенки, биофильтры, аэрофильтры. В этих сооружениях очистка протекает более интенсивно, чем на полях орошения, полях фильтрации, и прудах, потому что искусственным путем создаются лучшие условия для активной жизнедеятельности микроорганизмов.

Биологические фильтры - сооружения, в которых сточная вода фильтруется через загрузочный материал, покрытый биологической пленкой, образованной колониями микроорганизмов. В качестве загрузочного материала используют гравий, керамзит, шлак, крупный песок, щебень, а также решетки, кольца, пакеты из полимерных материалов. Просачиваясь через загрузку биофильтра, сточные воды оставляют на ней нерастворенные примеси, не осевшие в первичных отстойниках, а также коллоидные и растворенные органические вещества, сорбируемые биологической пленкой. Биопленка имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1 - 3 мм и более. Цвет ее изменяется с изменением состава сточных вод от серовато-желтого до темно-коричневого. Густо заселяющие биопленку микроорганизмы окисляют органические вещества и отсюда черпают энергию для своей жизнедеятельности. Часть органических веществ микроорганизмы используют для увеличения своей биомассы. Таким образом, из сточной воды удаляются органические вещества и, в то же время, увеличивается масса активной биологической пленки в теле биофильтра. Отработанная и омертвевшая пленка смывается протекающей сточной водой и выносится из тела биофильтра. Необходимый для биохимического процесса кислород воздуха поступает в толщу загрузки путем естественной и искусственной вентиляции фильтра.

Аэротенки - длинные железобетонные резервуары прямоугольного сечения, в которых медленно движется смесь активного ила и сточной воды. Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов в аэротенк непрерывно поступает воздух, который не только является источником кислорода, но и поддерживает активный ил во взвешенном состоянии. Вода здесь черная от хлопьев ила, бурно "кипит" насыщенная кислородом с воздуходувной станции. Она, кажется еще грязнее и чернее, чем была в приемной камере, но именно здесь, в аэротенках, происходит метаморфоза оживления. Видимые только в микроскоп существа, для жизнедеятельности которых нужен кислород, разлагают вредные примеси, съедают все то, что не удалось извлечь из воды при механической очистке.

После аэротенков или биофильтров очищенные от органических примесей сточные воды поступают во вторичные отстойники, которые служат для задержания активного ила или биологической пленки, поступающих вместе со стоками.

Во вторичных отстойниках хлопья ила легко оседают, чистая живая вода бежит в реку, а ил вновь направляется "на работу".

Концентрация различных веществ в сточных водах постоянно меняется, что затрудняет акклиматизацию микроорганизмов. Некоторые вредные вещества активный ил вообще не способен разложить, и они транзитом проходят в водоем. А в случае залпового сброса в канализацию большого количества токсичных примесей микроорганизмы могут вообще погибнуть, и станция биологической очистки на несколько месяцев выйдет из строя.

Вот почему, чтобы не загубить биологическую очистку, не создавать аварийных ситуаций в работе городской канализации, для промышленных предприятий разработаны специальные нормы содержания вредных веществ в сточных водах. Специфические загрязнения должны быть уловлены на локальных очистных сооружениях предприятий, а в городскую канализацию должны поступать стоки, соответствующие вышеуказанным нормам.

В связи с тем, что сточные воды любого населенного пункта содержат патогенные микробы, их необходимо во всех случаях применения искусственной биологической очистки обеззараживать. В практике очистки сточных вод обеззараживание (дезинфекция) осуществляется теми же приемами и средствами, что и при очистке природных вод. Наиболее часто применяют хлорирование воды или озонирование. Хлорирование сточной жидкости производится в специальных контактных резервуарах, устраиваемых по типу горизонтальных и вертикальных отстойников. Продолжительность контакта хлора с жидкостью - не менее 30 минут. Если в сточной жидкости содержится не менее 1,5 мг/дм3 остаточного активного хлора, то она может считаться обеззараженной.

При очистке сточных вод образуется осадок вследствие выпадения нерастворенных веществ в первичных отстойниках. Кроме того, в результате биологической очистки образуется большое количество осадка, который выделяется во вторичных отстойниках. Осадок состоит из твердых веществ, сильно разбавленных водой. В сыром состоянии при очистке бытовых сточных вод этот осадок имеет неприятный запах и является опасным в санитарном отношении, так как содержит огромное количество бактерий, в том числе и болезнетворных. Для уменьшения органических веществ в осадке и придания ему лучших санитарных показателей осадок подвергают воздействию анаэробных микроорганизмов (сбраживанию) и аэробной стабилизации ила в соответствующих сооружениях. К анаэробным сооружениям относятся двухъярусные отстойники осветлители - перегниватели, метантенки. Аэробную стабилизацию можно проводить одновременно для смеси из осадка первичного отстойника и избыточного активного ила. Эффективность процесса определяется его длительностью, температурой, интенсивностью аэрации, а также зависит от состава и свойств окисляемого осадка. Стабилизированный осадок подвергают коагуляции, используя в качестве коагулянтов сульфаты железа, алюминия, хлорид железа, известь. Этот процесс изменения структуры осадка и улучшения его водоотдающих свойств называется кондиционированием, которое можно проводить, также используя тепловую обработку, замораживание с последующим оттаиванием, электрокоагуляцию. Влажность кондиционированного осадка снижается с 92 - 94 до 70 - 75 %, дальнейшее обезвоживание осадков производят на иловых площадках - обвалованных со всех сторон участках земли.

Обезвоженные осадки сточных вод могут использоваться в качестве органических удобрений, если не содержат тяжелых металлов или других токсических веществ.

Общая схема станции очистки бытовых сточных вод приведена на рисунке Г.5.

4.3.1 Очистка производственных сточных вод

Значительная доля водных запасов промышленно развитых стран используется для технических нужд. Основным направлением в решении проблемы охраны водоемов является максимальное сокращение количества производственных сточных вод, а также максимальное сокращение отходов, потерь сырья и готовой продукции, сбрасываемых со сточными водами в канализацию. Потери могут быть уменьшены путем совершенствования технологических процессов и регенерации попадающих в сточные воды ценных веществ.

Количество сбрасываемых в канализацию сточных вод может быть уменьшено путем повторного использования отработавшей воды на тех же производственных операциях, где она образовалась или использование такой воды для других технологических нужд, где возможно применение воды более низкого качества, чем вода основного водопровода.

Существенное сокращение потребления воды дает внедрение системы оборотного водоснабжения, когда однажды взятая из водоема вода уже не исключается из системы « водопровод- канализация- очистные сооружения- промышленный водопровод». При этом конечно происходят потери воды из замкнутой системы за счет испарения, утечек на различных участках системы и извлечения с осадком, образующимся при очистке сточных вод, которые восполняются путем забора свежей воды, но оборотное водоснабжение позволяет снизить расход свежей воды и предотвратить загрязнение водоемов. На современных нефтеперерабатывающих и металлургических комбинатах оборот воды доведен до 97 %.

Наряду с оборотными системами водоснабжения отдельных предприятий создаются системы технической воды в масштабе промышленных узлов и районов. Сточные воды подвергаются очистке на очистных сооружениях, а затем дополнительно обрабатываются на общегородских (районных) очистных сооружениях и по системам технического водопровода вновь направляются к потребителям. При этом в масштабе промышленного узла решается задача внедрения безотходной, бессточной технологии, резко сокращается отбор воды из водоемов и полностью прекращается туда сброс сточных вод.

На промышленных предприятиях, как правило, приходится отводить три основных вида сточных вод:
· производственные, представляющие собой воды, отработавшие в технологическом процессе производства или получающиеся при добыче полезных ископаемых (например, воды угольных шахт, рудников, пластовые воды нефтяных промыслов и т. п.);
· бытовые - от санитарных узлов административных и производственных корпусов, от мытья полов в этих корпусах, а также от душевых установок, расположенных в производственных цехах;
· атмосферные - дождевые и от таяния снега.

Количество, состав и концентрация загрязнений сточных вод промышленных предприятий зависят от многих факторов: вида перерабатываемого сырья, технологического процесса производства, качества воды, потребляемой для производственных целей, систем повторного использования отработанных вод и ряда других факторов.

Вид перерабатываемого сырья оказывает значительное влияние на состав производственных стоков; нередко составные части сырья являются составным компонентом загрязнения сточных вод. Так, например, основным загрязнителем углеобогатительных фабрик являются частицы угля; на нефтеперерабатывающих заводах такими загрязнителями являются нефть и нефтепродукты; на предприятиях химии- кислоты, щелочи и т. д. Кроме того, в одной и той же отрасли промышленности на предприятиях одного профиля количество сточных вод неодинаково, и они имеют различную концентрацию загрязнений. Поэтому для очистки производственных сточных вод в зависимости от состава их загрязнений применяются различные методы очистки. Их можно условно подразделить на деструктивные и регенеративные.

Деструктивные методы очистки сводятся к разрушению загрязняющих воду веществ путем их окисления или восстановления. Образующиеся при этом продукты распада удаляются из воды в виде осадков или газов или остаются в форме растворимых минеральных солей. Эти методы применяются для сточных вод с органическими примесями, не представляющими технической ценности, или в качестве доочистки после регенерационных методов. Основным из деструктивных методов является метод биологического окисления в аэробных или анаэробных условиях. Очищенные по этому методу производственные стоки отвечают санитарно- гигиеническим и рыбохозяйственным нормативам и могут быть спущены в водоем или использованы повторно на технологические нужды.

Регенеративные методы позволяют извлекать и утилизировать содержащиеся в воде ценные вещества. Регенеративные методы не всегда очищают воду до такого состояния, в котором ее можно сбрасывать в водоемы. В этих случаях воду доочищают деструктивными методами.

Во всех случаях очистки стоков первой стадией этого процесса является механическая очистка, предназначенная для освобождения воды от взвешенных и коллоидных частиц. Следующим этапом очистки является удаление из воды растворенных в ней химических соединений физико-химическими, химическими, электрохимическими, биологическими методами. Во многих случаях применяют комбинации методов.

Наиболее часто применяются следующие методы:
· для удаления грубодисперсных частиц - процеживание, отстаивание, флотация, осветление, центрифугирование;
· для удаления мелкодисперсных и коллоидных частиц - коагуляция, флокуляция, электрические методы осаждения;
· для очистки от неорганических соединений - дистилляция, ионообмен, обратный осмос, реагентное осаждение, методы охлаждения, электрические методы;
· для очистки от органических соединений - экстракция, абсорбция, флотация, ионообмен, реагентные методы, биологическое окисление, жидкофазное окисление, озонирование, хлорирование, электрохимическое окисление;
· для очистки от газов и паров - отдувка, нагрев, реагентные методы;
· для уничтожения вредных веществ - термическое разложение.

Механическая очистка сточных вод – (процеживание, отстаивание, фильтрация) применяется для выделения из сточных вод нерастворенных минеральных и органических примесей. Преимущество этих процессов заключается в возможности их применения при нормальной температуре и без добавления химических реагентов. Эта очистка, как правило, является предварительным, реже - окончательным способом обработки производственных сточных вод.

Метод процеживания применяется для очистки от взвешенных частиц размером более 15- 20 мм. С этой целью применяют разнообразные решетки, сетки и сита, которые могут быть подвижными или неподвижными, нередко их совмещают с дробилками для измельчения загрязнителей.

После процеживания сточные воды поступают в песколовки, предназначенные для отделения более мелких минеральных примесей с относительно высокой плотностью. При движении воды в резервуаре песколовки на ее дно оседают взвеси с диаметром зерен более 0,25 мм. Осадок с помощью скребков перемещается в специальный бункер, откуда удаляется на песковую площадку для обезвреживания. Песколовки облегчают условия работы сооружений для дальнейшей очистки стоков (отстойников, метантенков и др.) и устанавливаются в схемах, пропускающих не менее 100 м 3 сточных вод в сутки.

Метод отстаивания применяется для выделения более мелких органических и минеральных взвесей, для этих целей используются различные виды отстойников. Различают отстойники периодического и непрерывного действия. По направлению движения воды они делятся на горизонтальные , вертикальные и радиальные. Кроме того, отстойники бывают первичными, которые устанавливаются перед сооружениями для биологической очистки воды, и вторичные - они используются для осветления сточных вод, уже прошедших биологическую очистку. Отстойники могут использоваться как самостоятельные очистные сооружения, если по санитарным условиям достаточно выделять из сточных вод только механические загрязнения.

Для отделения масел, жиров, смол, нефти и нефтепродуктов, плавающих на поверхности сточных вод, используют различной конструкции маслоуловители, жироловки, нефтеловушки.

Нефтеловушки применяют для очистки сточных вод, содержащих грубодиспергированные нефть и нефтепродукты при концентрации их в сточной воде более 100 мг/ дм3. Они представляют собой прямоугольные, вытянутые в длину резервуары, в которых отделение этих примесей от воды осуществляется за счет разности их плотностей. Нефть всплывает на поверхность, ее собирают с помощью щелевых труб, а содержащиеся в сточной воде минеральные примеси оседают на дно нефтеловушки. Освобожденная от нефти вода поступает в отводящий коллектор и может быть возвращена в производство.

Жироулавливание. Жиры и масла также как и нефтепродукты не допускаются к спуску в водоемы, так как они, покрывая тонкой пленкой, большие площади водной поверхности, затрудняют доступ кислорода воздуха и тем самым тормозят процессы самоочищения водоема. Кроме того, эти загрязнения, выделенные из сточных вод, могут быть использованы для технических нужд. Жироловки, как и нефтеловушки, могут устанавливаться непосредственно у отдельных производственных цехов, сточные воды которых содержат много жиров или непосредственно на общем стоке жиросодержащих вод.

Метод фильтрования сточных вод применяется для выделения из них тонкодиспергированных веществ, не осевших при отстаивании (масел, смол, волокон, пыли и т.п.); при доочистке сточных вод после биологического или других способов обработки. После аэротенков фильтры предусматриваются для задерживания тонкодисперсных частиц активного ила, сорбировавшего на своей поверхности органические загрязнения сточных вод. Для фильтрования сточных вод используют фильтры с сетчатыми элементами и фильтры с фильтрующим зернистым слоем. В качестве сетчатых элементов используют металлические перфорированные листы и сетки из кислотоупорной стали, алюминия, никеля, латуни и др., различные тканевые перегородки- асбестовые, стеклянные, хлопчатобумажные, шерстяные, из искусственного волокна, керамические пластины. В качестве зернистого фильтрующего слоя применяют кварцевый песок, мелкоизмельченный гранит, коксовую мелочь, торф, бурый и каменный уголь и т. п. Фильтрующий материал должен обладать требуемой пористостью, достаточной механической прочностью по отношению к истиранию и химической стойкостью.

Химическая очистка сточных вод применяется в тех случаях, когда выделение загрязнений из сточных вод возможно только в результате химических реакций между этими загрязнениями и вводимыми в сточные воды реагентами. При этом происходит окисление и восстановление растворенных в воде примесей с получением нетоксичных или малотоксичных продуктов; превращение в нерастворимые в воде соединения; нейтрализация кислот и щелочей. Наибольшее применение получили такие реагенты: окислители- хлор, перманганат калия, озон; подщелачивающие вещества- известь, сода; подкисляющие вещества- серная и соляная кислоты. Все химические методы очистки требуют расхода реагентов и потому дороги. К химическим методам очистки относят нейтрализацию, окисление, озонирование, электрохимическое окисление и др.

Окисление загрязняющих сточные воды веществ применяется в тех случаях, когда эти вещества нецелесообразно или нельзя извлечь или разрушить другими способами, в том числе и путем биохимического окисления. К таким веществам относятся соединения мышьяка, цианистые соединения, загрязняющие сточные воды многих производств, например, сточные воды фабрик обогащения свинцово- цинковых и медных руд, цехов гальванических покрытий машиностроительных заводов.

Для очистки сточных вод от цианистых соединений применяют окисление циан - иона (CN - ) до безвредного цианата (CNO - ) или переводят токсичные соединения в нетоксичный комплекс или осадок (в виде нерастворимых цианидов ), удаляемый из сточных вод отстаиванием или фильтрованием.

Окисление цианидов до малотоксичных цианатов может быть произведено относительно недорогим окислителем- гипохлоритом в щелочной среде при значении рН = 10...11. В качестве реагента, содержащего гипохлорид - ион (O Cl - ), служит хлорная известь, гипохлорид кальция или гипохлорид натрия.

Процесс хлорирования проводят в хлораторах периодического или непрерывного действия, напорных или вакуумных (рисунок И.2). В этих установках сточные воды очищаются от сероводорода, гидросульфидов, метилсернистых соединений, фенолов, цианидов.

Очень перспективным окислителем для сточных вод является озон (O3 ). Озонирование не только очищает стоки от фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, соединений мышьяка, поверхностно- активных веществ, цианидов, канцерогенных ароматических углеводородов, пестицидов и многих других токсичных примесей, но и одновременно обесцвечивает и обеззараживает воду и устраняет ее запахи и привкусы. При обработке воды озоном патогенные микроорганизмы погибают в несколько тысяч раз быстрее, чем при обработке ее хлорированием. В сточную воду озон подают в виде озоновоздушной или озонокислородной смеси, в которой содержание озона обычно не превышает 3 %. Озонирование промышленных сточных вод осуществляют в барботажных, насадочных, тарельчатых колоннах и других контактных аппаратах (рисунок Г.3).

Процесс очистки может быть ускорен при совместном применении озона и ультразвуковой обработки или ультрафиолетового облучения сточных вод. Так, ультрафиолетовое облучение ускоряет процесс окисления примесей в промышленных стоках в 10 2 - 10 4 раз.

Восстановление как метод очистки применяется в случае, когда промышленные стоки содержат легко восстанавливаемые вещества. Эти методы часто применяют для удаления из сточных вод соединений хрома, ртути, мышьяка. Хром (IV), содержащийся в промышленных стоках, восстанавливают до Cr 3+ с последующим осаждением его в щелочной среде в форме гидрооксида (Cr ( OH) 3 .). В качестве восстановителей используют активированный уголь, органические отходы,( например, газетную бумагу), сульфат железа (Fe SO4 ), гидросульфит натрия (Na HSO3 ), диоксид серы (SO2 ), водород.

Ртуть неорганических соединений, содержащихся в сточных водах, сравнительно легко восстанавливается до металлической, которая затем выделяется отстаиванием, фильтрованием или флотацией. В качестве восстановителей при улавливании ртути применяют сульфид железа (Fe S), гидросульфит натрия (Na HSO3 ), порошкообразное железо, алюминиевую пудру, сероводород. Органические соединения ртути сначала разрушают с помощью сильных окислителей, а затем восстанавливают ее катионы: Hg 2+ до Hg0 .

Нейтрализация сточных вод. Производственные сточные воды многих отраслей промышленности содержат кислоты и щелочи. Интенсивность кислотной или щелочной реакции определяется значением рН. Для предупреждения коррозии материалов канализационных сооружений и нарушения биохимических процессов, происходящих в очистных сооружениях и в водоемах, такие воды подвергаются нейтрализации. Нейтрализация нередко производится также в целях осаждения из сточных вод солей тяжелых металлов.

Во всех случаях учитывают возможность взаимной нейтрализации кислот и щелочей, сбрасываемых со сточными водами. Практически нейтральной принято считать смесь с величиной рН в пределах 6, 5 - 8, 5, поэтому сточные воды, рН которых ниже 6,5 или выше 8, 5, перед спуском в водоем подлежат нейтрализации.

Процесс нейтрализации осуществляется в нейтрализаторах проточного или контактного типа, которые могут конструктивно объединяться с отстойниками. При благоприятных местных условиях осветление нейтрализованной сточной воды может производиться в шламонакопителях на открытом воздухе. Для нейтрализации кислых сточных вод применяют любой щелочной реагент, дающий в растворе ионы OH - ; чаще всего применяют едкие, углекислые и двууглекислые щелочи. Наиболее дешевыми реагентами являются Ca (OH) 2 (в виде пушонки или известкового молока), а также карбонаты кальция или магния (в виде дробленного мела, известняка и доломита). Гидрооксид натрия и соду применяют только в том случае, когда эти реагенты являются отходами местного производства.

При нейтрализации, например, солянокислых сточных вод от травильных цехов известковым молоком, протекают следующие реакции:
4 H Cl + Ca(OH) 2 + Ca CO 3 2 Ca Cl 2 + CO 2 + 3 H 2 O
2 Fe Cl 2 + Ca(OH) 2 + Ca CO 3 Fe (OH) 2 + Fe CO 3 + 2 Ca Cl 2
 
В результате нейтрализации в осадок выпадает только железо в виде гидрата закиси или карбоната. Остальные продукты нейтрализации остаются в растворе, повышая солесодержание нейтрализованных стоков. Принципиальная схема нейтрализационной установки приведена на рисунке 4.1. В число основных сооружений входят:

резервуары- усреднители кислых и щелочных стоков 1; камеры реакции- нейтрализаторы 6; отстойники для нейтрализованных сточных вод или накопители 7, являющиеся одновременно отстойниками и емкостью для осадка; сооружения для обезвоживания осадков 8; реагентное хозяйство (дозаторы 5; растворные баки 4, аппараты для гашения извести 2, склад негашеной извести 3).

Применение негашеной извести для нейтрализации предусматривается в виде известкового молока 5 %- ой концентрации по активной окиси кальция. Дозирование извести осуществляется автоматическим дозатором в зависимости от расхода или величины рН очищаемой сточной воды. Осветленная вода после отстойников может быть использована в системах оборотного водоснабжения. Осадки (шламы), выделяемые в отстойниках, обезвоживаются на шламовых площадках - шламонакопителях.

Физико- химические методы очистки сточных вод используют для очистки производственных сточных вод от тонкодиспергированных взвесей, не улавливаемых фильтрацией, растворимых газов, неорганических и органических соединений. Эти методы основаны на применении ряда процессов: коагуляции, сорбции, экстракции, флотации, кристаллизации, диализа, дезактивации, обессоливания и др. и позволяют удалять из сточных вод токсичные, биохимически не окисляемые органические соединения и достигать глубокого и стабильного уровня очистки. Физико-химические методы позволяют полностью автоматизировать процесс очистки, а современный уровень знаний в области кинетики многих физико-химических процессов создает основы для их математического моделирования и оптимизации, что позволяет правильно выбрать и рассчитать параметры аппаратуры. В большинстве случаев использование физико-химических методов выделения загрязняющих веществ из сточных вод позволяет в дальнейшем провести их рекуперацию.

Коагуляция - это процесс укрупнения диспергированных частиц и объединения их в агрегаты под влиянием химических и физических процессов, самопроизвольно протекающих в растворе, или под влиянием внесенных в раствор специальных веществ - коагулянтов. В качестве коагулянтов при очистке стоков используются соли железа, алюминия, кремневую кислоту, полиакриламид. Кроме того, для коагуляции примесей сточных вод применяют вещества, обладающие высокими адсорбционными свойствами: глину, золы и шлаки, активированный уголь и др. Метод коагулирования широко применяется для очистки сточных вод текстильных предприятий, комбинатов искусственного волокна, нефтеперерабатывающих заводов и заводов химической промышленности.

Процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении в сточные воды высокомолекулярных соединений называется флокуляцией. Флокуляцию проводят для интенсификации процесса образования хлопьев гидрооксидов железа и алюминия и повышения скорости их осаждения. Использование флокулянтов позволяет снизить дозы коагулянтов и при этом ускорить процесс осветления сточных вод.

Экстракция - это процесс выделения растворенных органических примесей, например, фенолов, жирных кислот, масел, находящихся в сточных водах, путем обработки последних каким- либо не смешивающимся с водой растворителем - экстрагентом, в котором примеси, загрязняющие воду, растворяются лучше, чем в воде. Например, количество растворенного фенола в бутилацетате в 12 раз больше, чем в воде. В качестве экстрагентов для очистки сточных вод используют органические растворители, нерастворимые в воде: бензол и некоторые его производные, сероуглерод, тетрахлорид углерода, минеральные масла. Хороший эстрагент должен удовлетворять ряду требований:

· растворять извлекаемое вещество гораздо лучше, чем вода, т. е. обладать высоким коэффициентом распределения;
· обладать хорошей селективностью (избирательностью) по отношению к извлекаемым примесям;
· иметь низкую растворимость в сточной воде и не образовывать с ней устойчивых эмульсий;
· существенно отличаться от сточной воды по плотности, так как значительная разность плотностей обеспечивает быстрое и полное разделение фаз;
· регенерироваться простым и дешевым способом;
· не взаимодействовать с извлекаемым веществом, так как это может затруднить регенерацию экстрагента и увеличить его потери;
· по возможности не быть токсичным, взрывоопасным и не вызывать коррозии материала аппарата.

Целесообразность использования экстракции для очистки сточных вод определяется ценностью извлекаемых веществ и их концентрацией. Для каждого вещества существует «концентрационный предел» рентабельности его экстрагирования. Процесс считается экономически выгодным, если стоимость извлекаемых веществ компенсирует все затраты на его проведение. Обычно принято считать, что при концентрации выше 3- 4 г/ дм 3 примеси целесообразно извлекать экстракцией.

Флотация - выделение из сточных вод примесей путем придания им плавучести за счет флотореагента, обволакивающего частички примесей и удаляемого из воды вместе с ним. При флотационной очистке применяют насыщение сточной воды пузырьками мелкодиспергированного воздуха. Частицы, содержащиеся в сточной воде (эмульгированная нефть, целлюлозно-бумажное волокно, шерсть и др.), прилипают к пузырькам воздуха и всплывают вместе с ними на поверхность воды, а затем удаляются из воды. Для усиления флотационного эффекта в воду добавляют ПАВ (поверхностно- активные вещества), которые понижают поверхностное натяжение жидкости и ослабляют связь воды с флотируемым веществом, а также вспениватели, увеличивающие дисперсность пузырьков воздуха и их устойчивость. Флотационные процессы протекают непрерывно, обладают высокой селективностью выделения примесей при высокой скорости процесса, не требуют сложной и дорогостоящей аппаратуры, степень очистки достигает 95- 98 %.

Сорбция применяется для выделения из сточных вод растворенных в них органических веществ и газов (фенолов, пестицидов, ароматических нитросоединений, ПАВ, красителей и др.) путем концентрации их на поверхности твердого тела (адсорбция), либо путем поглощения вещества из раствора или смеси газов жидкостями (абсорбция), или путем химического взаимодействия растворенных веществ с твердым телом (хемосорбция).

Эффективность процессов, например адсорбции, зависит от химической природы адсорбента, величины адсорбирующей поверхности, а также от структуры и свойств улавливаемых примесей. В качестве адсорбентов применяют торф, опилки, шлаки и другие малоценные вещества, которые обычно удаляются или сжигаются после однократного использования. Если же загрязняющее вещество или адсорбент представляют определенную ценность, то адсорбент регенерируют, извлекая из него поглощенное вещество. Самым эффективным, но и самым дорогим сорбентом, применяемым в схемах водоочистки, является активированный уголь.

Ионообменная очистка применяется для извлечения из сточных вод металлов (цинка, меди, хрома, никеля, свинца, ртути, кадмия, ванадия, марганца) , а также соединений мышьяка, фосфора, цианидов. Этот метод очистки позволяет не только очищать стоки от токсичных элементов, но и улавливать для повторного использования ряд ценных химических соединений. В качестве ионитов используются природные минеральные соединения, такие как цеолиты, глинистые минералы, фторапатит [Ca10(PO4)6]F2 , гидроксилапатит , органические соединения - гуминовые кислоты почв и углей; применяются и синтетические иониты: неорганические (силикагели и труднорастворимые оксиды и гидрооксиды алюминия, хрома, циркония) и органические (главным образом органические смолы). Наибольшее применение нашли ионообменные смолы - высокомолекулярные соединения. В воде иониты не растворяются, но набухают, причем размеры их микропор возрастают от 0, 5 - 1, 0 нм до 4 нм, а объем ионита увеличивается 1, 5 - 3 раза. Набухание влияет на селективность ионита, так как при малом размере его пор крупные ионы не могут достичь внутренних функциональных групп.

Процесс ионообменной очистки стоков осуществляют на установках периодического (рисунок И.1) и непрерывного действия.

Производственные стоки, не поддающиеся очистке описанными выше методами, или если эти методы неприменимы по технико- экономическим показателям, подвергаются выпариванию, сжиганию или закачке в глубокие поглощающие пласты.

На следующую страницу На главную страницу На следующую страницу