Назвать основные технологии защиты гидросферы. Защита гидросферы. Использование пресных вод

Защита гидросферы организована в России с учетом особенностей поступления в водные объекты примесей и включает регулирование: поверхностного стока на водосборе; качества сточных вод; качества воды в объектах.
Вынос примесей в водные объекты с площади водосбора пропорционален поступающему в них стоку воды. Поэтому уменьшение диффузных (рассредоточенных) поступлений примесей достигается реализацией мероприятий, способствующих задержанию стока на водосборе. К таким мероприятиям относятся повышение степени залесенности водосборов, лиманное орошение, вспашка сельскохозяйственных полей в осенний период. При этом следует иметь в виду, что в горных районах лес незначительно уменьшает вынос веществ вследствие крайне небольшой мощности четвертичных отложений и слабой их регулирующей способности. В равнинных районах с увеличением лесистости водосбора (отношение площади водосбора, покрытой лесом, к общей площади водосбора) происходит уменьшение поверхностного стока и уменьшение выноса веществ. На малых реках в связи с небольшим врезом русла в породы водосбора лес способствует большему переводу поверхностных стоков в подземные и уменьшению выноса веществ в сравнении со средними и большими реками. Однако масштабы применения этих мероприятий весьма ограниченны и реализуются лишь на отдельных небольших реках. В степных и полупустынных регионах России определенный эффект в задержании примесей на водосборе оказывают лесозащитные полосы.
Важная роль в задержании примесей на водосборе принадлежит лиманам (пониженные или специально обвалованные участки сельскохозяйственных полей, затопляемые водой в весенний период). Уменьшение выноса примесей с водосбора возможно также с помо

щью щелевания и устройства траншей, заполняемых легкофильтру- ющими материалами. Однако большая трудоемкость и капиталоемкость таких сооружений не способствуют их широкому применению.
Регулирование поступления примесей с хозяйственно-бытовыми и производственными сточными водами осуществляется с помощью комплекса очистных сооружений. Состав сооружений и технологическая схема их размещения определяются составом и расходом сточных вод, необходимой глубиной очистки и устанавливается в процессе проектирования. Глубина очистки сточных вод очистными сооружениями и вынос примесей в водные объекты устанавливаются на основе нормативов предельно допустимых (ПДС) и временно согласованных сбросов (ВСС).
Обеспечение требуемого качества вод осуществляется процессами подготовки и очистки. Подготовка воды включает процессы: коагулирования, предварительную очистку, фильтрацию, обеззараживание, дезодорацию и удаление токсичных веществ. Очистка сточных вод производится деструктивными методами, основанными на разрушении примесей, и регенеративными методами, основанными на извлечении и последующей утилизации содержащихся в воде ценных компонентов.
Для очистки сточных вод используются практически все достижения современной науки и техники. Методы, базирующиеся на этих достижениях, включают: механические, биохимические, физикохимические, термохимические и термические.
Выбор метода и соответствующего оборудования определяется характеристиками загрязнений, их концентрацией, физическими и химическими свойствами, а также требованиями эффективности очистки сбросов.
Механическая очистка сточных вод. Взвешенные в воде примеси имеют широкий диапазон размеров, а их удаление требует часто нескольких ступеней очистки. Самые крупные примеси осаждаются методом процеживания воды через решетки и сита, размещаемые в коллекторах сточных вод перед отстойниками. Последующая очистка проводится методом отстаивания, т.е. осаждения под действием гравитационных сил. Для этого используются песколовки, отстойники и осветлители.
Песколовки применяют для удаления из воды частиц минеральных и органических примесей с размерами не менее 0,2 мм. В отстойниках осаждение частиц происходит под действием сил тяжести. Наиболее эффективны осветлители (рис. 15.2), в которых механическое удаление частиц проводится после обработки воды
коагулянтами. Коагулирование - это физико-химический процесс агломерации мелких частиц под действием сил молекулярного притяжения, возникающих при обработке воды солями многовалентных металлов. В результате устраняется мутность и цветность воды, а в ряде случаев снижается интенсивность вкуса и запахов. В качестве коагулянтов применяют алюминийсодержащие вещества (сернокислый глинозем AI2(S04)3) пН20 и др.), соединения железа (железный купорос FeS04 7Н20 и др.), ряд других веществ. Эффективность коагуляции увеличивается при обработке воды флокулянтами - высокомолекулярными органическими или минеральными соединениями, которые образуют макромолекулы, связывающие гидроксиды коагулянтов с примесями с выпадением крупных хлопьев. К ним относятся полиакриламид, активная кремниевая кислота, гашеная известь, едкий натр, кальцинированная сода, хлорная известь и др.
Система обработки воды включает узел для приготовления коагулянта, дозатор, смеситель, камеру хлопьеобразования и отстойник. В осветлителях смеситель и камера хлопьеобразования совмещены, а функции отстойника выполняет осадкоуплотнитель. Воду с добавкой коагулянта подают в его нижнюю часть до тех пор, пока на высоте сечения I-I не наступит равенство скорости восходящего потока и скорости выпадения из него хлопьев коагулянта с удерживаемыми им частицами взвеси. Через находящийся выше сечения I-I слой взвешенного осадка фильтруется осветленная вода, поступающая в желоб, а осадок удаляется в осадкоуловитель для дальнейшей переработки.
Для удаления из сточных вод тонкодисперсных примесей применяют фильтрацию через пористые перегородки, изготавливаемые из минеральных (металлические сетки, стекловолокно, насыпной слой и др.) или органических веществ (синтетические волокна, ткани). По принпипу действия различают поверхностные и глубинные фильтры. В первых - частицы оседают на пористую перегородку, во вторых - после оседания частицы адсорбируются перегородкой. Если количество очищаемых сточных вод достаточно велико, то приме
няют фильтры с зернистым слоем. Последние получили наибольшее распространение из-за простоты конструкции, надежности и достаточно высокой эффективности. Зернистый фильтр представляет собой резервуар, в нижней части которого имеется дренажное устройство для отвода воды. На него укладывают слой поддерживающего материала, а затем фильтрующий слой.
Зернистые фильтры подразделяют на медленные и скоростные, открытые и закрытые. В медленных фильтрах фильтрация идет через осадок загрязнений, образующихся на поверхности зерен загрузки в больших порах материала. В быстрых фильтрах пленка загрязнений не образуется, и фильтрование идет в толще слоя загрузки, где частицы задерживаются на зернах фильтрующего материала за счет сил адгезии. В таких фильтрах сточная вода подается в специальную систему с добавкой коагулянта (рис. 15.3). После фильтрации очищенная вода удаляется через дренажное устройство. Его изготавливают из пористо-бетонных сборных плит, на которых послойно размещают фильтрующий материал с высотой загрузки 1,5-2 м. После засорения слоя осадком он периодически очищается подачей снизу вверх промывных вод.
Особенностью фильтров с подвижной загрузкой (кварцевый песок с зернами 1,5-3 мм или гранитный щебень с зернами 3-10 мм) является вертикальное расположение фильтрующей перегородки и
горизонтальное движение очи-
щаемой от примесей воды. При скорости фильтрации 15 м/ч эффективность очистки составляет 50-55%. Загрязненный материал фильтра очищается от осадка в отдельном промывном устройстве, поэтому фильтр работает непрерывно, но из-за абразивного износа трубопроводов и измельчения и уноса частиц фильтрующего материала применение таких фильтров пока ограниченно.
В промышленных очистных сооружениях широко применяются центробежные сепараторы - гидроциклоны (рис. 15.4). Напорные гидроциклоны исполь

зуют для осаждения твердых примесей.
Эти аппараты имеют высокую производительность и эффективность очистки до 70%.
Сточная вода тангенциально подается в аппарат и при вращении под действием центробежной силы разделяется на два потока.
Часть жидкости с крупными частицами движется у стенок по винтовой спирали вниз к сливному отверстию. Другая часть (осветленная) поворачивается и движется вверх вблизи оси циклона к кольцевому лотку. Гидро- циклоны изготавливаются диаметром 0,7 м и высотой, примерно равной диаметру. При больших объемах очищаемых сточных вод они объединяются в мультигидроциклоны.
Для удаления из сточных вод плохо отстаивающихся нерастворимых примесей применяют метод флотации. По сравнению с отстаиванием он обеспечивает селективное выделение примесей, большую скорость процесса, высокую (95-98 %) степень очистки и возможность рекуперации удаляемых веществ. Кроме того, при флотации сточные воды аэрируются, в них снижается содержание легко окисляемых веществ и ПАВ, бактерий и микроорганизмов. Флотаторы просты по конструкции, надежны и обеспечивают непрерывный процесс очистки.
В процессе флотации пузырек воздуха сближается с гидрофобной твердой частицей и всплывает вместе с ней на поверхность воды, где образуется пенный слой, который содержит повышенную концентрацию частиц примесей и периодически удаляется из флотатора. Эффективность флотации зависит от природы примесей, смачиваемости частиц водой и характера взаимодействия реагентов с их поверхностью. Поверхностно-активные вещества (масла, жирные кислоты и их соли, амины, меркаптаны и др.) являются реагентами- собирателями и, адсорбируясь на частицах, понижают их смачиваемость, делая их гидрофобными. Поэтому прочность прилипания частицы к пузырьку максимальна.
Наиболее распространены следующие способы флотации сточных вод: с выделением воздуха из растворов, с механическим дис
пергированием воздуха, с подачей воздуха через пористую перегородку, электрофлотация, химическая флотация.
Первый способ реализуется с помощью напорных установок, применяемых для очистки сточных вод с содержанием взвеси до 4- 5 г/дм3. Процесс идет в две стадии: насыщение воды воздухом под давлением 0,15-0,4 МПа и выделение растворенного газа - при атмосферном давлении. Производительность такого аппарата лежит в пределах от 5 до 2000 м3/ч по очищенной воде (с учетом добавок коагулянтов). Основным элементом установки напорной флотации
Сточную воду, насыщенную воздухом, подают в камеру, где давление близко к атмосферному. Выделяющиеся пузырьки воздуха захватывают частицы примесей и всплывают вверх. Пенный слой с твердыми включениями донным скребком удаляют в шламоприем- ник, а осветленную воду отводят на последующее использование. Твердые частицы, осевшие на дно камеры, донным скребком сдвигают в нижнюю часть камеры и удаляют из аппарата.
Флотация с механическим диспергированием воздуха широко используется в процессах обогащения полезных ископаемых, а в последнее время и для очистки сточных вод с содержанием взвеси более 2 г/дм3. Диспергирование воздуха обеспечивается турбинками насосного типа - импеллерами (дисками с обращенными вверх лопатками). Флотация с использованием пористых керамических пластин обеспечивает высокое качество очистки, но ввиду засорения и зарастания отверстий пористого материала, а также трудностей в подборе пористых перегородок с одинаковыми отверстиями этот способ нашел ограниченное применение.
Для тонкой и сверхтонкой очистки сточных вод применяются методы обратного осмоса и ультрафильтрации. Данные методы реализуются в процессе фильтрования сточной воды через полупроницаемые мембраны при давлении Р, превышающем осмотическое. Мембраны пропускают молекулы растворителя, задерживая молеку
лы растворенного вещества, размеры которых не больше молекул растворителя (обратный осмос при давлении до 10 МПа) или на порядок их больше (ультрафильтрация при Р= 0,1-0,5 МПа). Обычно мембраны изготавливают из ацетатцеллюлозы. Установка обратного осмоса весьма проста и экономична, имеет высокую эффективность, но требует периодической замены мембран при заметном возрастании у поверхности концентрации растворенного вещества, а также работы аппаратуры при повышенных давлениях, что требует ее специального уплотнения. Обратный осмос используют для разделения растворов, содержащих частицы с размерами 0,0001-0,001 мкм, а ультрафильтрацию - для частиц с размерами 0,001-0,02 мкм. Данные методы рекомендуется применять при содержании в электролитах: одновалентных солей - не более 10%, двухвалентных - 15, многовалентных - 20%. Для органических веществ эти пределы несколько выше.
Установки мембранного разделения собирают из большого числа отдельных модулей в батареи. При небольших производительностях модули соединяют параллельно. Для увеличения выхода фильтрата модули собирают последовательно-параллельно. В случае одновременного разделения органических и неорганических веществ используют обратный осмос и ультрафильтрацию. При этом в процессе ультрафильтрации получают концентрат органических веществ, а затем - в процессе обратного осмоса - концентрат неорганических веществ и чистую воду.
Биохимическая очистка сточных вод. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать многие растворенные в сточных водах органические и неорганические соединения для питания в процессе жизнедеятельности. Известны аэробные и анаэробные методы биохимической очистки. Первая группа методов основана на использовании организмов, для жизнедеятельности которых необходим дополнительный приток кислорода при температурах 20-40 °С. При этом методе аэробные микроорганизмы культивируются в активном иле или биопленке. Анаэробные методы реализуются без доступа кислорода и используются главным образом для обезвреживания осадков.
Активный ил включает живые организмы (бактерии, простейшие черви, плесневые грибы, дрожжи и др.), сообщество которых образует биоценоз, и твердый субстрат. Активный ил формирует аморфную коллоидную систему, имеющую достаточно стабильный состав, несмотря на значительные отличия сточных вод различных производств. Сухое вещество активного ила состоит на 70-90% из

органических и на 10-30% из неорганических веществ. Субстрат, содержание которого в иле может доходить до 40%, включает твердую отмершую часть остатков водорослей и различные твердые остатки. При очистке промышленных стоков в активном иле преобладают аэробные микробы.
Основную роль в процессе биохимической очистки сточных вод играют микроорганизмы, с помощью которых протекают процессы, заканчивающиеся окислением вещества с выделением энергии и синтезом новых веществ с затратами энергии. Скорость биохимических реакций определяется активностью ферментов (энзимов), зависит от температуры, pH среды и присутствия в сточной воде различных веществ. Для каждого фермента существует оптимальная температура, ниже или выше которой скорость реакции падает. Активаторами ферментов являются катионы Са2+, Mg2+, Мп2+, а ингибиторами, снижающими активность ферментов, могут быть, например, соли тяжелых металлов.
Аэробные процессы биохимической очистки могут проводиться как в природных условиях, так и в искусственных сооружениях. В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и в биологических прудах. Искусственными сооружениями являются аэротенки и биофильтры разной конструкции, в которых процессы очистки идут с большей скоростью, чем в природных условиях.
Поля орошения являются специально подготовленными земельными участками, используемыми одновременно для очистки сточных вод и в агрокультурных целях. Процессы очистки идут здесь за счет действия почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и жизнедеятельности растений. Поля фильтрации аналогичны полям орошения, но используются только для биологической очистки сточных вод. Сточные воды на очистку подают через распределительные системы в подпочвенный слой поля орошения, что наиболее полно реализует полезные свойства сточных вод как удобрений.
Биологические пруды представляют собой каскад из 3-5 ступеней водоемов, через которые медленно протекает очищаемая вода. Пруды с естественной аэрацией имеют глубину 0,5-1 м, хорошо прогреваются солнцем и заселяются водными организмами и водорослями, что способствует интенсификации процессов окисления сточных вод. Пруды с искусственной аэрацией имеют глубину более 1 м. Они снабжены системами принудительной подачи и распределения воздуха в целях обеспечения интенсивного подвода кислорода и осуществления массообменных процессов. Пруды используют в комп- 426

лексе с другими очистными сооружениями - как для биологической очистки, так и доочистки сточных вод.
Очистку в искусственных условиях проводят с помощью аэротенков или биофильтров. Аэротенк - это открытый железобетонный аэрируемый резервуар, в котором очистка идет по_мере протекания через него аэрированной смеси сточной воды и активного ила (рис. 15.6). Сточную воду сначала направляют в первичный отстойник, в который для улучшения осаждения взвешенных частиц по-

Рис, 15.6. Схема установки биологической очистки:
1 - первичный отстойник; 2 - преаоратор-усреднитель; 3 - аэротенк; 4 - регенератор; 5 - вторичный отстойник

дают часть активного ила. Из отстойника осветленная вода поступает в преаэратор-усреднитель, в который подают избыточный ил из вторичного отстойника. Здесь сточные воды предварительно аэрируются воздухом и при необходимости добавляются нейтрализующие добавки и питательные вещества. После усреднителя сточная вода поступает в аэротенк, где циркулирует активный ил. Биохимические процессы в аэротенке проходят в два этапа: адсорбция активным илом органических веществ и минерализация легко окисляющихся веществ при интенсивном потреблении кислорода; доокисление медленно окисляющихся органических веществ с менее интенсивным потреблением кислорода и регенерация активного ила в отдельной секции аэротенка - регенераторе; после этого сточная вода с илом поступает во вторичный отстойник, где происходит отделение ила от воды.
Существует множество различных конструкций аэротенков, отличающихся числом коридоров для прохода воды, организацией гидродинамического режима подачи сточных вод и воздуха, способом регенерации активного ила, количеством ступеней очистки, нагрузкой на активный ил и другими характеристиками.
Биофильтры представляют собой корпусные сооружения с кусковой насадкой и распылительными устройствами для сточной воды и воздуха. Сточная вода фильтруется через насадку, покрытую пленкой микроорганизмов. В процессе окисления сточной воды биопленка наращивает свою массу, а отработанная биопленка смывается с насадки и выводится из биофильтра. В качестве насадки применяют щебень, гравий, шлак, керамзит, металлические и пластмассовые сетки и др. Разнообразные конструкции биофильтров определяются требованиями к очистке (полной или неполной), подачей воздуха для аэрации (естественной или искусственной), с рециркуляцией или без рециркуляции сточных вод, степенью очистки (в одну или несколько ступеней).
Для первичной очистки высококонцентрированных промышленных сточных вод (БПКполн = 4-5 г/дм3), содержащих органические вещества, а также для образования осадков от биохимической очистки применяют анаэробные методы обезвреживания. Органические вещества разрушаются анаэробными бактериями в процессе брожения. Процесс брожения проводят в метанотенках - герметически закрытых емкостях с устройствами для ввода несброженного и отвода сброженного осадка. Степень сбраживания (распада органических веществ) в среднем составляет около 40%, состав выделяющихся газов: 63-65% метана, 32-34% С02. Выделяющиеся газы обычно сжигают в топках котлов.
Процесс биохимической очистки протекает более устойчиво и полно при совместной очистке промышленных и бытовых стоков, поскольку последние содержат биогенные элементы, а также разбавляют производственные сточные воды.
Физико-химическая очистка сточных вод. Адсорбцию применяют для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических примесей (фенолов, ПАВ и др.) после биохимической очистки, а также если концентрация таких примесей невелика, а сами они биологически не разлагаются или сильно токсичны. Метод высокоэффективен (80-95%), позволяет очищать сточные воды, содержащие несколько веществ, допускает рекуперацию этих веществ. Адсорбционная очистка может быть регенеративной, т. е. с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией, и деструктивной, при
которой адсорбент, содержащий извлеченные из сточных вод вещества, уничтожается. В качестве адсорбентов используют активированный уголь (наиболее универсален), шлаки, глины, некоторые синтетические вещества и др.
В общем случае процесс адсорбции складывается из трех стадий. Перенос вещества из сточной воды на поверхность адсорбента. Собственно адсорбция. Перенос вещества внутри зерен адсорбента.
При адсорбции поглотитель насыщается адсорбируемым веществом. Со снижением эффективности очистки адсорбцию прекращают, а адсорбент подвергают регенерации, десорбируя из него поглощенные вещества. Процесс адсорбции ведут при интенсивном перемешивании адсорбента со сточной водой с последующим фильтрованием воды через слой адсорбента либо в псевдоожиженном слое на установках периодического или непрерывного действия. Более эффективны установки непрерывного действия.
Адсорбер с использованием способа фильтрации воды через слой адсорбента представляет собой колонну, в которой на решетке уложен сначала слой гравия, а затем слой активированного угля. Очищаемая вода подается снизу вверх, а пар для регенерации адсорбента - сверху вниз. Адсорберы с псевдоожиженным слоем (рис. 15.7) действуют иначе. Активированный уголь через воронку по трубе непрерывно подается под распределительную решетку с отверстия-

Рис. 15.7. Одноярусный адсорбер: I - решетка; 2 -труба; 3- колонна; 4 -воронка; 5 - сборник

ми 5-10 мм. Сточная вода захватывает зерна адсорбента и проходит вместе с ними через решетку, над которой образуется псевдосжижен- ный слой, где идет адсорбция. Избыток угля поступает в сборник, а из него на регенерацию. Очищенную воду через желоба отводят из колонны.
Адсорбированные ценные вещества извлекают десорбцией при регенерации активированного угля насыщенным или перегретым паром при температуре 200-300 °С и давлении 0,3-0,6 МПа или инертным газом при 120-130 °С. После десорбции пар конденсируют, а извлеченные вещества направляют на переработку. В случаях, когда адсорбированное вещество не представляет ценности, проводят деструктивную регенерацию активированного угля. Она осуществляется либо химическим методом (окисление хлором, озоном и др.), либо термическим методом (обработка в печах при температурах 700-800 °С в бескислородной среде смесью продуктов сгорания и водяного пара).
Ионообменная очистка сточных вод применяется для извлечения из сточных вод металлов (Zn, Си, Сг, Ni, Pb, V, Мп и др.), а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных веществ. Ионный обмен используется в процессах водоподготовки для обессоливания воды. По завершении процесса ионного обмена иониты регенерируют.
Процессы ионообменной очистки проводят в установках периодического и непрерывного действия. Последние наиболее предпочтительны для промышленных условий, поскольку позволяют при использовании компактного оборудования снизить удельный расход ионитов, реагентов для их регенерации и промывной воды. Установки непрерывного действия состоят из нескольких ионообменных аппаратов (колонн) с катионитом и анионитом, работающих с движущимся или с кипяшим слоем ионита.
При очистке сточных вод, содержащих фенолы, масла, нефтепродукты, ионы металлов, применяют методы экстракции. В общем случае экстракция более целесообразна, чем адсорбция, если концентрация извлекаемых веществ выше 3-4 г/дм3. Процесс очистки состоит из трех стадий. Сначала сточная вода интенсивно смешивается с экстрагентом (органическим растворителем) с образованием двух жидких фаз: экстракта (экстрагент с извлекаемым веществом) и рафината (сточная вода и экстрагент). Вторая стадия - разделение экстракта и рафината, третья стадия - регенерация экстрагента из экстракта и рафината. Для очистки сточных вод наиболее часто применяют процессы противоточной экстракции.
Регенерация отработавшего экстрагента проводится с применением вторичной экстракции (с другим растворителем), а также выпариванием, дистилляцией, химическим взаимодействием или осаждением. Если экстрагент не следует возвращать в цикл, то после извлечения из него ценных веществ он может быть использован для технологических целей или в качестве топлива (если экстрагированное вещество не является ценным). Для предотвращения загрязнения сточной воды частично растворимым в ней экстрагентом и сокращения потерь экстракт удаляют из рафината адсорбцией, отгонкой отработанным паром или отходяшими дымовыми газами.
Жидкостная экстракция занимает особое место в процессах извлечения ценных металлов из сточных вод и обеспечивает их концентрирование для последующей рекуперации. В качестве экстрагентов применяют органические кислоты, эфиры, спирты, кетоны, амины и др., а реэкстрагентов - водные растворы кислот и оснований.
Высококачественное удаление из сточных вод токсичных и ценных компонентов производится электрохимическими методами. Очистку проводят без использования химических реагентов на автоматизированных установках с применением процесса анодного окисления и катодного восстановления, электрокоагуляции, электрофлокуляции и электродиализа, протекающих при пропускании постоянного тока через очищаемую воду.
Анодное окисление и катодное восстановление проводят в электролизерах. На аноде ионы отдают электроны (реакция окисления), а на катоде происходит присоединение электронов (реакция восстановления). При окислении вещества, находящиеся в сточных водах, полностью распадаются с образованием С02, NH3 и Н20 или образуют простые нетоксичные соединения, которые затем удаляют другими методами. Катоды изготавливают из стали, графита, металлов, покрытых вольфрамом, молибденом. Для анодов используют электролитически нерастворимые материалы (графит, магнетит и др.). Анодное окисление широко применяют, например, для очистки сточных вод, содержащих простые и комплексные соединения цианидов с концентрацией их до 600 мг/дм3. Катодное восстановление проводят для удаления из сточных вод ионов металлов с получением осадков, для перевода загрязняющего компонента в менее токсичную форму или в легко выводимое из воды соединение (осадок, газ).
Электрокоагулятор представляет собой ванну с электродами. При прохождении между ними сточной воды происходит ее электролиз, поляризация частиц, электрофорез, окислительно-восстано

вительные процессы и взаимодействие продуктов электролиза друг с другом.
В электрофлотаторах используется эффект удаления взвешенных частиц пузырьками газа, образующимися при электролизе воды (на аноде - кислорода, на катоде - водорода). Более эффективная очистка достигается при использовании растворимых электродов, в результате чего образуются, кроме пузырьков газа, еще и хлопья коагулянтов. Электрофлотационные установки применяют в случаях, когда обычная флотация не дает требуемого качества очистки.
Электродиализ для очистки промышленных сточных вод применяется крайне редко, хотя считается перспективным способом. Данный процесс основан на разделении ионизированных веществ под действием электродвижущей силы, создаваемой в растворе по обе стороны мембран - анионообменной и катионообменной. Первая мембрана пропускает в анодную зону анионы, а вторая - катионы в катодное пространство. Простейшая конструкция установки представляет собой ванну, разделенную на три камеры. В среднюю камеру поступает сточная вода, а в боковые камеры, где расположены соответственно катод и анод - чистая вода. При прохождении тока на аноде выделяется кислород и образуется кислота, а на катоде выделяется водород и образуется щелочь. За счет диффузии в среднюю камеру поступают ионы Н+ и ОН-, образуя воду. Применение метода ограничено тем, что при электродиализе из-за концентрационной поляризации на поверхности мембран осаждаются соли, что ухудшает показатели очистки.
К химическим реагентным методам относятся нейтрализация, окисление и восстановление компонентов сточных вод. Данные методы предполагают использование различных реагентов, что связано с весьма значительными затратами. Поэтому их применение целесообразно лишь в некоторых замкнутых системах водоснабжения перед биологической очисткой или после нее (для доочистки сточных вод). Нейтрализацию используют для подготовки сточных вод, содержащих кислоты или щелочи перед подачей в технологический процесс или для сброса в водоем. Нейтрализацию обычно проводят: смешением кислых и щелочных сточных вод (весьма перспективный способ для ряда производств) с добавлением реагентов, фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы, абсорбцией кислых газов щелочными растворами или абсорбцией аммиака кислыми водами.
Выбор способа зависит от особенностей сточных вод, отходов, побочной продукции и др., образующихся как на данном, так и на соседних с ним предприятиях. Если в производстве формируются кислые и щелочные воды, не загрязненные другими компонентами (или очищенные от таковых), то их смешивают в автоматизированной усреднительной установке до 6,5 lt;рН lt; 8,5. Осадок обезвоживают на шламовых полях или в вакуум-фильтрах. При окислении загрязнения переводятся в менее токсичные и удаляются из воды. В качестве окислителей применяют хлор, диоксид хлора, хлорат кальция, гипохлориты кальция и натрия, озон, кислород воздуха и др. Легко восстанавливаемые вещества (например, вещества, содержащие шестивалентный хром) переводят в нерастворимые соединения, обычно гидрооксиды, которые затем осаждают в щелочной среде. Восстановителями являются активированный уголь, сульфат закиси железа, тиосульфат натрия, диоксид серы, пиритный огарок и др.
Сточные воды ряда производств загрязнены летучими примесями органического и неорганического происхождения, в том числе сероводородом, диоксидом серы, диоксидом углерода и др. Удаление таких примесей осуществляется десорбцией. При пропускании инертного газа, малорастворимого в воде (воздух, диоксид углерода, дымовые газы и др.) через сточную воду летучий компонент диффундирует в газовую фазу, поскольку парциальное давление газа над раствором больше, чем в окружающем воздухе. Десорбцию осуществляют в тарельчатых, каскадных и распылительных колоннах. Количество вещества, перешедшего в газовую фазу, растет с увеличением температуры среды, поверхности контакта фаз и коэффициента массопереноса. Десорбированное из воды вещество направляют на адсорбцию или каталитическое сжигание.
В некоторых сточных водах содержатся дурно пахнущие вещества (сероводород, углеводороды, аммиак, альдегиды и пр.). Для их дезодорации можно использовать ряд способов: аэрацию, хлорирование, ректификацию, дистилляцию, обработку продуктами сжигания топлива, окисление кислородом под давлением, озонирование, экстракцию, адсорбцию и микробиологическое окисление. Наиболее эффективной является аэрация воды при продувании ее сжатым воздухом (процесс десорбции). Применение иных способов связано со специфическими особенностями содержащихся в воде примесей. Например, для эффективной очистки воды от сероводорода окислением кислородом воздуха при атмосферном давлении процесс проводят в присутствии катализатора (железной стружки, графитового материала и др.) в аэрационном бассейне, продуваемом сжатым воздухом. При этом часть сероводорода окисляется до элементной серы, а другая часть отдувается воздухом в адсорбер с активированным углем. После насыщения активированный уголь регенерируют сульфатом аммония.
Присутствие в сточных водах растворенных газов существенно затрудняет очистку таких вод и их использование. Растворенные газы удаляют дегазацией, осуществляемой химическим, термическим или десорбционным (аэрационным) методами. Выбор метода зависит от растворенного газа и его концентрации в воде. Наиболее распространенным способом на предприятиях является аэрация, проводимая в зависимости от требуемой производительности в пленочных, насадочных, барботажных или вакуумных дегазаторах.
Термохимические и термические методы обезвреживания сточных вод. Особое место в технологиях очистки сточных вод занимают методы их обезвреживания от содержащихся минеральных солей Са, Mg, Na и др., а также органических соединений. Термические методы реализуются рядом способов: концентрированием сточных вод с последующим выделением твердых веществ; окислением органических примесей в присутствии катализатора; жидкофазным окислением органических веществ; огневым обезвреживанием,
Концентрирование применяют для удаления из воды минеральных солей. Для этого используют испарительные (выпарные) установки и установки вымораживания, позволяющие получить концентрированные водные растворы солей. Последующая обработка этих растворов в кристаллизаторах с отделением кристаллов от маточного раствора на фильтрах и сушка в распылительных (или аналогичных по назначению) сушилках позволяет получать твердый продукт, имеющий высокую потребительную стоимость.
Для обезвреживания сточных вод с небольшим содержанием органических примесей применяют термоокислительную обработку жидкофазным, парофазным каталитическим окислением или огневым методом. Окисление примесей осуществляют кислородом воздуха при повышенных температурах с образованием нетоксичных соединений.
Жидкофазное окисление применяют при наличии в сточных водах достаточного количества органических соединений. Процесс проводят при температурах 100-350 °С и давлении 2-28 МПа. Сначала сточную воду смешивают с воздухом, нагнетаемым в нее компрессором, и насосом подают в теплообменник. Подогретая теплом отходящей очищенной воды сточная вода подается затем для дальнейшего нагрева в печь. Нагретая до заданной температуры вода поступает в реактор, где идет процесс окисления, сопровождающийся значительным тепловыделением. Продукты окисления (пар, газы, зола) и воду направляют в сепаратор, где газы отделяют от жидкости и направляют на утилизацию тепла, а воду с золой пропускают через теплообменник и фильтр для отделения золы. Данный метод отличается простотой, гибкостью и позволяет очищать большие количества сточных вод. Недостатками являются неполное окисление некоторых токсичных веществ (необходимо комбинирование с другими методами) и высокая коррозия оборудования в кислых средах. />Парофазное каталитическое окисление - это гетерогенный процесс окисления летучих органических веществ кислородом воздуха при повышенной температуре. Процесс интенсивно протекает в паровой среде контактных аппаратов в присутствии медно-хромового, цинк-хромового и других катализаторов. Степень обезвреживания достигает 99,8% при высокой производительности установки. Сточную воду подают в выпарной аппарат, откуда «упаренная» вода поступает в центрифугу, из которой обезвоженный осадок направляют на обезвреживание сжиганием в печи. Водяной пар с летучими соединениями подают в теплообменник, где он подогревается теплом парогазовой смеси, отходящей из контактного аппарата. После теплообменника пары смешивают с горячим воздухом и направляют в контактный аппарат для окисления. Продукты сжигания осадка из печи поступают в котел-утилизатор, а вырабатываемый пар подается в выпарной аппарат. Основным недостатком установки является возможность отравления катализаторов соединениями фтора, фосфора, серы (которые должны предварительно удаляться из сточной воды).
Из термических методов огневой является наиболее универсальным и эффективным. Он реализуется в процессе распыления сточных вод в топочных газах, имеющих температуру 900-1000 вС. При этом вода полностью испаряется, примеси выгорают, а минеральные вещества образуют твердые или оплавленные частицы. Для сжигания используют печи различных конструкций: камерные, циклонные, с псевдосжиженным слоем. Наиболее эффективными и имеющими высокую производительность являются циклонные печи. В них, благодаря вихревому характеру движения газового потока и подаче распыленной жидкости в такой поток, интенсивно развиваются явления тепло- и массопереноса. Циклонные печи оборудуются системами рекуперации тепла и очистки отходящих газов. Недостатком таких печей является большой унос солей газовым потоком. Эти

соли образуются при термической обработке сточных вод, содержащих оксиды Са, Mg, Ва, К, Na и другие вещества, которые могут взаимодействовать с продуктами сгорания, например: MgO + С02 = = MgC03.
Относительная простота технологий огневого обезвреживания сточных вод и возможность достижения высоких степеней очистки делает эти методы весьма перспективными.

• 1. Источники загрязнения поверхностных (природных) вод.
• 2. Сточные воды. Характеристика загрязнителей сточных вод.
• 3. Очистка сточных вод. Методы очистки (механический, физико - химический, химический и биологический).

Гидросферой называют водную оболочку земли, представляющую собой совокупность океана, морей, озер, рек, прудов, болот, подземных вод.

Качество воды - это совокупность физических, химических, биологических и бактериологических показателей, обусловливающих пригодность воды для использования воды в промышленном производстве, в быту и т.д.

Основными источниками загрязнения природных вод являются:

• · Атмосферные воды, несущие массы, вымываемых из воздуха политантов промышленного возникновения; особенно опасны стоки с городских улиц и промышленных площадок; несущие массы нефтепродуктов.
• · Городские сточные воды, которые включают преимущественно бытовые стоки, содержащие поверхностно - активные моющие средства, микроорганизмы, в том числе и патогенные.
• · Промышленные сточные воды, образуются в самых разнообразных отраслях производства, а наиболее активно потребляют воду черная металлургия, химическая, лесохимическая, нефтеперабатывающая промышленность.
• · Сельское хозяйство (животноводство, ядохимикаты, минеральные удобрения).

Источник, носящий поверхностные или подземные воды, загрязняющий воду вещества микроорганизмы или теплоту называется источником загрязнения .

Вещество, вызывающее нарушение норм качества воды (установленные значения показателей качества воды по видам водопользования) называется загрязняющим веществом . В результате поступления в водоемы патогенных микроорганизмов, происходит микробное загрязнение вод, в результате поступления теплоты выделяют также тепловое загрязнение вод.

Основная причина загрязнения поверхностных водных бассейнов - это сброс в водоёмы неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод промышленными предприятиями, коммунальных и сельских хозяйством.

2.Сточные воды - это воды, отводимые после использования в бытовой и производственной деятельности человека.

Загрязнение, поступающее в сточные воды условно можно разделить на несколько групп:

• · По физическому состоянию выделяют: нерастворимые, коллоидные и растворенные примеси.
• · Минеральные
• · Органические
• · Бактериальные
• · Биологические

Минеральные загрязнения обычно представлены песком, глинистыми частицами, частицами руды, шлака, минеральных солей, растворами кислот, щелочи и другими веществами.

Органические загрязнения подразделяются по происхождению на растительные и животные. Растительные органические загрязнения представляют собой остатки растений, плодов, овощей и злаков. Загрязнения животного происхождения - это физеологические выделения, остатки тканей животных и т.д.

Бактериальное и биологическое загрязнения свойственны главным образом бытовым сточным водам и стокам некоторых промышленных предприятий - это бойни, кожевенные заводы, фабрики первичной обработки шерсти, меховые производства, биофабрики, предприятия микробиологической промышленности.

Бытовые сточные воды включают воды кухонь, туалетных комнат, душевых, бань, прачечных, столовых, больниц, хозяйственные воды, которые образуются при мытье помещений и другие.

3.Очистка сточных вод - это разрушение или удаление из них определенных веществ.

Обеззараживание сточных вод - это удаление из них патогенных микроорганизмов.

С целью защиты поверхностных вод от загрязнения предусматриваются следующие эко защитные мероприятия:

• · Развитие безотходных и безводных технологий, внедрение систем оборотного водоснабжения
• · Очистка сточных вод (промышленных, коммунально - бытовых и т.д.)
• · Закачка сточных вод в глубокие водоносные горизонты
• · Очистка и обеззараживание поверхностных вод, используемых для водоснабжения и других целей

Главным загрязнителем поверхностных вод являются сточные воды, поэтому разработка и внедрение эффективным методов очистки сточных вод является актуальной и экологически важной задачей….. Является разработка и внедрение безводной и безотходной технологии производства, начальным этапом которой является создание оборотного водоснабжения.

Ввиду огромного многообразия состава сточных вод существуют различные способы их очистки: механический, физико - химический, биологический, химический и другие. В зависимости от степени вредности и характера загрязнений очистка сточных вод может производиться каким - либо одним способом или комплексом методов. В процессе очистки также предусматривают обработку осадка или избыточной биомассы, а также

При механической очистке из производственных сточных вод путем процеживания, отстаивания и фильтрования удаляются до 90% нерастворимых механических примесей различной степени дисперсности (песок, глинистые частицы, окалина и так далее), из бытовых сточных вод до 60% для этих целей применяют решетки, песколовки, песчаные фильтры, отстойники различных типов. Вещества, плавающие на поверхности сточных вод: смолы, масла, полимеры, жиры, задерживают нефте и маслоуловителями.

Химические и физико - химичекие методы очистки наиболее эффективны для очистки производственных сточных вод. К основным химических способам относят: нейтрализацию и окисление. Для нейтрализации кислот и щелочей сточные воды вводят специальные реагенты, такие как известь, аммиак, соду. Для окисления используют различные окислители, с их помощь сточные воды освобождаются от токсичных и других компонентов.

При физико - химической очистке используются:

• · Коагуляция, то есть введение в сточные воды коагулянтов, таких как соли аммония. Для образования хлопко видных осадков, которые легко удаляются
• · Сорбция, то есть способность некоторых веществ, таких как бентонитовые глины, активированный уголь, силикагель, торф поглощать загрязнения. Этим методов возможно извлечение из сточных вод ценных растворимых веществ и последующая их утилизация.
• · Флотация - пропуск через сточные воды воздуха. Газовые пузырьки захватывают при движении вверх поверхностно - активные вещества: нефть, масла, другие загрязнения и образуют на поверхности воды легкоудаляемый пенообразный слой.

Для очистки коммунально - бытовых, промышленных стоков целлюлозно-бумажных, пищевых предприятий широко используют биологический (биохимический) метод. Он основан на способности искусственно вселяемых микроорганизмов использовать для своего развития органические и некоторые неорганические соединения, содержащиеся в сточных водах (сероводород, аммиак, нитриты, сульфиды и так далее). Очистку ведут с помощью естественных методов таки как поля орошения, поля фильтраций, биологические круги и искусственных методов, используя аэротанки, метатанки и биофильтры, а также циркуляционные окислительные каналы.

После осветления сточных вод образуется осадок, который сбраживают в железо - бетонных резервуарах (метантанков), затем удаляют на иловые площадки для подсушивания, подсушенный осадок обычно используется как удобрение. Но в последние годы в сточных годах стали обнаруживаться многие вредные вещества, в частности тяжелые металлы, что исключает такой способ утилизации осадков. Осветленная часть сточных вод очищается в аэротанках, специальных закрытых резервуарах, по которым медленно пропускают стоки, обогащённые кислородом и смешанные с активным илом. Активный ил представляет собой совокупность гетеротрофным микроорганизмов и мелких беспозвоночных животных (плесень, дрожжей, водных грибов, а также твердого субстрата).

После вторичного отстаивания сточные воды обеззараживают (дезинфицируют) с помощью соединений хлора и других сильных окислителей. При хлорировании уничтожаются патогенные микроорганизмы, а также патогенные бактерии, вирусы. В системах очистки сточных вод биологический метод является завершающим и после его применения сточные воды можно использовать в оборотном водоснабжении, либо сбрасывать в поверхностные водоемы.

В последнее время активно разрабатываются новые эффективные методы, способствующие экологизации процессов очистки сточных вод, в частности:

• 1. Мембранные методы очистки (ультрафильтры)
• 2. Магнитная обработка, позволяющая улучшить флотацию взвешенных частиц
• 3. Радиационная очистка воды, позволяющая в кротчайшие сроки повергнуть загрязняющие вещества окислению, коагуляции и разложению
• 4. Озонирование, при котором в сточных водах не образуется веществ, отрицательно воздействующих на естественные биохимические процессы
• 5. Внедрение новых селективных типов сорбентов для избирательного выделения полезных компонентов из сточных вод с целью вторичного использования.

Значительную роль в заражении водных объектов играют пестициды и удобрения, которые смываются поверхностным стоком сельхозугодий. Для предотвращения попаданий стоков необходим следующий комплекс мероприятий:

• 1. Соблюдение норм и сроков внесения удобрений и ядохимикатов.
• 2. Должна применяться очаговая и ленточная обработка пестицидами вместо сплошной.
• 3. Внесение удобрений в виде гранул и по возможности вместе с поливной водой
• 4. Заменить ядохимикаты биологическими способами защиты растений

Очень сложной является утилизация животноводческих стоков, губительно действующая на водные экосистемы. В последние годы наиболее экономичной признана технология, при которой вредные стоки с помощью центрифугирования разделяют на твердую и жидкую фракции. Твердая часть превращается в компост и её вывозят на поля, жидкая часть в концентрации до 18% проходит через реактор и превращается в гумус. При разложении органики выделяется метан, диоксид углерода и сероводород. Энергию этого биогаза можно использовать для производства тепла и энергии.

Свойства воды и глобальный водообмен.

Гидросфера играет важнейшую роль в поддержании относительно неизменного климата на планете, поскольку она выполняет следующие важнейшие функции:

§ выступает как глобальный аккумулятор тепла в экосистеме Земли (теплоемкость воды в 3300 раз выше, чем у воздуха, поэтому поверхностные океанические воды - главный накопитель и распределитель солнечной энергии, обеспечивающий постоянство средней планетарной температуры атмосферы);

§ продуцирует почти половину всего кислорода атмосферы за счет фитопланктона, обитающего в Мировом океане.

Водная среда используется человеком для лова рыбы и других морепродуктов, сбора растений, добычи из руды подводных залежей (марганца, никеля, кобальта) и добычи нефти на шельфе, перевозки грузов и пассажиров. В производственной и хозяйственной деятельности человек применяет воду для очистки, мытья, охлаждения оборудования и материалов, полива растений, гидротранспортировки, обеспечения специфических процессов, например, выработки электроэнергии и т.п.

Природные воды подразделяют на два больших класса: пресные и соленые. Пресной называют воду, в 1 кг которой содержится не более 1 г солей. Остальные природные воды относят к солёным, на долю которых приходится 97,5% всего мирового запаса воды.

Концентрация растворенных в воде солей определяет степень ее солености (жесткости). В океанических водах концентрация растворенных веществ в среднем в 175 раз превышает таковую в водах рек и озер (из этого не следует, что не может быть сильно опресненных морских вод и сильно засоленных озерных и даже речных вод).

Несмотря на огромные запасы природных вод на Земле лишь незначительная часть их оказывается доступной и пригодной для практического использования. Это, прежде всего, пресная вода. Если к ежегодному потреблению человеком пресной воды в 60 т добавить еще 300 т воды, необходимых для удовлетворения других его жизненных потребностей, то годовое потребление пресной воды на одного жителя планеты составит 360 т/г. Из этого следует, что ограниченные единовременные запасы пресной воды могли бы быть исчерпаны в течение 3…4 месяцев. Однако запасы пресной воды на Земле непрерывно пополняются под действием естественных природных сил и прежде всего глобального водообмена.

Глобальный водообмен включает в себя как водообмен в системе океан – материки, когда вода, испаряясь с поверхности океана, переносится ветрами на континенты и с речным стоком снова возвращается в океан, так и локальные круговороты воды в отдельных ландшафтах, когда испарение воды приводит к облачности и выпадению осадков.

Солнечная энергия, затраченная на испарение воды, после выпадения осадков преобразуется в кинетическую энергию рек и ручьев. На указанный процесс затрачивается очень большое количество солнечной энергии, по некоторым оценкам, от 20% до трети того, что Земля получает от Солнца.

Над Мировым океаном осадков выпадает меньше, чем над материками, но для планеты в целом осадки уравновешиваются. Баланс воды между континентами и океанами поддерживается преимущественно стоками. При этом на испарение приходится до 65%, а на поверхностные стоки – до 35% воды, участвующей в кругообороте.

Испарение воды – важнейший процесс в ее кругообороте. Вода испаряется с поверхности как океанов и почвы, так и листьев растений после поглощения корнями. Количество воды, транспирируемой растениями, значительно. Вся наземная растительность отдает в атмосферу за год от 27 до 30% общего количества влаги, получаемой сушей планеты в виде осадков.

Развитие цивилизации изменяет естественный круговорот воды, прежде всего из-за изменения баланса транспирируемой воды, а также образования такого промежуточного звена, как техническое водопотребление. Особая роль в этом процессе принадлежит орошению – искусственному увлажнению почвы и поверхности растений путем подачи воды из водного источника в целях обеспечения растений влагой, промывки почв и регулирования их солевого режима.

70% потребляемой людьми пресной воды используется в земледелии. При этом 60% воды, применяемой для орошения, не доходит до полей.

Общая площадь орошаемых земель мира более 230 млн. га. Орошаемые земли по меньшей мере вдвое продуктивнее неорошаемых: составляя шестую часть обрабатываемых земель, они приносят треть всех урожаев.

Особо следует учитывать, что интенсивность транспирируемой влаги зависит от вида растительности. Так, за вегетационный период с 1га орошаемых земель пшеница транспирирует 6000 т воды, рис – в 4,6 раза больше, а хлопок – в 6,7.

Для экономии воды на орошение необходимо применять прогрессивные методы. Наиболее экономичным и эффективным методом орошения является подпочвенное капельное, когда вода по системе специальных труб, заложенных в толще почвы, подается к корневой системе растений.

Загрязнение гидросферы

Наиболее опасными загрязнителями гидросферы с точки зрения их воздействия на природные экосистемы являются углеводороды (сырая нефть, нефтепродукты), токсичные металлы, хлорированные углеводороды (в первую очередь пестициды), радиоактивные вещества. Из других загрязнителей гидросферы необходимо упомянуть детергенты (моющие средства) и фенолы.

Загрязнение природных вод нефтью и нефтепродуктами. К числу наиболее распространенных и вредных загрязняющих веществ относятся нефть, ежегодное поступление которой в моря и океаны, по данным ООН, достигает 6…7 млн. т. Ожидается дальнейший рост загрязнений нефтью из-за постоянного увеличения объема ее добычи, особенно на континентальном шельфе.

Сырая нефть – это смесь химических веществ, содержащая 200-300 компонентов. Нефть на 50-98% состоит из углеводородов, содержит до 4% серы, до 1% азота и кислорода. Углеводороды нефтей (нефтепродукты) делятся на три группы: алканы (25%); циклоалканы (нафтены) (30-60%); ароматические и полиароматические (ПАУ) (до 5%). Наиболее токсичной частью являются ПАУ. В биосфере содержится несколько десятков ПАУ (всего эта группа содержит более 200 соединений). Наиболее распространен и токсичен 3,4-бенз(а)пирен (БП) (кроме него антрацен, пирен, хризен и др.). Фоновый уровень ПАУ - 1нг/л, в Балтийском море - 100 нг/л. Особенно высок уровень содержания ПАУ в донных отложениях.

Основные источники нефтяных загрязнений морской среды: транспортные перевозки; вынос реками; промышленные и городские отходы, отходы нефтеперерабатывающих заводов. Существуют и природные источники нефтяных загрязнений. Одним из основных антропогенных источников является морской транспорт, прежде всего танкерный. В мире задействован гигантский танкерный флот общей вместимостью более 120 млн. брутто-регистровых тонн – это свыше трети вместимости всех морских транспортных средств. Сейчас плавают 230 судов грузоподъемностью от 200 до 700 тыс. т каждое. Это представляет колоссальную потенциальную опасность для вод Мирового океана. По известным данным, из-за аварий на танкерах в моря и океаны поступает примерно 5% всей перевозимой нефти. Подсчитано, что если 200 тыс. т нефти попадет в Балтийское море, то оно будет превращено в биологическую пустыню.

Огромное количество нефти попадает в море в результате сброса с судов промывочных, балластных и льяльных (трюмных) вод, а также потерь при погрузке и разгрузке танкеров. По этим причинам в морях и океанах ежегодно оказывается около 3 млн. т нефти. При этом в основном загрязняются территории портов, припортовые акватории, прибрежные районы и районы интенсивного судоходства.

В начале третьего тысячелетия подводные скважины будут давать 50% добываемой в мире нефти. При морской нефтедобыче возможно загрязнение морской среды вследствие аварий, а также мелких утечек нефти (оцениваемых в 0,1 млн. т ежегодно). Очевидно, что этот источник представляет огромную потенциальную опасность, и его роль в формировании нефтяных загрязнений морей и океанов со временем будет увеличиваться.

Источником нефтяных загрязнений вод являются береговая промышленность, и в первую очередь нефтеперерабатывающие заводы. Хотя сточные воды промышленных предприятий очищаются, полной очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов достичь не удается.

Большое количество нефтепродуктов попадает в океанические бассейны из атмосферы. Например, двигатели внутреннего сгорания, которыми оснащены различные транспортные средства, выбрасывают в воздух в год более 50 млн. т различных углеводородов.

Как отмечалось выше кроме техногенных источников, имеются и природные. Естественные выходы нефти образуются в местах ее просачивания из нефтеносных слоев через земную кору. Такие выходы известны у берегов Южной Калифорнии, в Мексиканском и Персидском заливах, Карибском море. Скорость поступления нефти из естественных выходов обычно невелика, поэтому таким путем в моря и океаны попадает сравнительно небольшое количество нефтяных углеводородов, а основную массу загрязнений Мирового океана (более 90%) поставляют источники антропогенного происхождения.

Поля нефтяных загрязнений, формирующие локальные зоны, остаются устойчивыми во времени, поэтому в их распространении огромную роль играют океанические циркуляции. Именно они переносят нефтяные загрязнения в наиболее чистые районы Мирового океана, в том числе и в Северный Ледовитый океан.

Поступившие в воду нефтепродукты деградируют в результате химического, фотохимического и бактериального разложения, а также деятельности некоторых морских организмов и высших растений. Однако «процесс» естественной нейтрализации нефтепродуктов достаточно длителен и может занимать от одного до нескольких месяцев.

Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую «нефть в воде» и обратную «вода в нефти». Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 0,5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефти, содержащей поверхностно-активные вещества. При удалении летучих фракций нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности, переноситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно. Наибольшую опасность по своим последствиям представляют нефтяные пленки, образующиеся на водной поверхности и уменьшающие теплопроводность и теплоемкость верхнего водного слоя. Наличие нефтяной пленки сильно сказывается на процессе испарения. Так, на спокойной воде из-за тонкого слоя нефти испарение уменьшается в 1,5 раза, а при скорости ветра до 6…8 м/с – на 60%, так как пленки служат барьером для молекул воды и снижают аэродинамическую шероховатость водной поверхности. Экспериментально установлено, что за 1 ч с поверхности океана в одну квадратную милю при наличии нефтяной пленки испаряется 45 т воды, в то время как при отсутствии пленки – 97 т. Замедление процесса испарения приводит к тому, что воздушные массы, движущиеся над океаном, слабее насыщаются водяным паром.

В естественных условиях через границу раздела атмосфера – водная поверхность непрерывно происходит обмен кислородом и углекислым газом, интенсивность которого при наличии нефтяной пленки сильно уменьшается. При определенных условиях нефтяные пленки понижают температуру поверхностного слоя воды (не ниже +4°С), что приводит к повышению ее плотности и в результате верхний слой воды погружается в глубину, занося туда нефтяное загрязнение. В мелководных бассейнах поверхностные загрязненные слои могут опускаться на дно и образовывать придонные воды, содержащие значительное количество нефти. Особенно вероятно образование таких загрязненных придонных слоев в период осеннего охлаждения вод.

Таким образом, нефтяные пленки являются тем техногенным фактором, который влияет на формирование и протекание гидрологических и гидрохимических процессов в поверхностных слоях воды морей и океанов.

Нефтяные загрязнения воздействуют и на живые организмы за счет экранирования солнечного излучения и замедления обновления кислорода в воде. В результате перестает размножаться планктон – основной продукт питания морских обитателей. Толстые нефтяные пленки нередко становятся причиной гибели морских птиц. Нефть отрицательно влияет на физиологические процессы, протекающие в живых организмах, вызывают патологические изменения в тканях и органах, нарушает работу ферментативного аппарата, нервной системы.

Особенно опасно загрязнение высокоширотных вод, где из-за низкой температуры нефтепродукты практически не разлагаются и как бы «консервируются» льдами, поэтому нефтяное загрязнение может нанести серьезный ущерб окружающей среде Арктики и Антарктики.

Загрязнение природных вод тяжелыми металлами. В условиях активной антропогенной деятельности загрязнение океанических вод тяжелыми металлами стало особо острой проблемой. Группа тяжелых металлов плотностью выше 4,5 г/см3 объединяет более 30 элементов периодической системы. К наиболее токсичным металлам относят в первую очередь Pb(свинец), Hg(ртуть), Cd (кадмий), As(мышьяк), Zn (цинк), Se(селен), а также, Fe, Al, Сu, Mn, Ni, Co, Sn, Ti, Bi, Mo, V, Ag, Cr, Те. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание тяжелых металлов и их соединений в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу.

Основными источниками загрязнения природных вод тяжелыми металлами являются:

Промышленные сбросы;

Атмосферные осадки, в основном дожди (в атмосферу тяжелые металлы попадают в результате сжигания топлив и извержения вулканов; содержание токсичных элементов атмосферного происхождения может достигать 25-100%);

Водный транспорт (корпуса судов покрывают красками, в состав которых входят Hg, As, Cu, Cr, Pb, Zn, Cd для предотвращения обрастания корпусов водорослями и морскими организмами);

Вымывание из почв, в которые тяжелые металлы (ТМ) попадают из удобрений и пестицидов (неорганические удобрения содержат ТМ в виде примесей).

Большой процент ТМ содержится в иле, который является одним из основных органических удобрений. Пестициды также содержат ТМ, которые часто используют в качестве катализаторов процессов их синтеза.

Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий, так как они сохраняют токсичность бесконечно долго. Например, ртутьсодержащие соединения (особенно метилртуть) – сильнейшие яды, действующие на нервную систему, представляют угрозу для жизни всего живого. В 50–60-е г. ХХ в. в районе бухты Миномата (Япония) было зарегистрировано массовое отравление, жертвами которого стали десятки тысяч человек, употреблявших в пищу зараженную рыбу. Причиной заражения было предприятие, сбрасывающее ртуть в воду залива.

В Мировой океан в год поступает до 2 млн. т свинца, до 20 тыс. т кадмия и до 10 тыс. т ртути. Наиболее высокие уровни загрязнения имеют прибрежные воды и внутренние моря. Немалую роль в загрязнении Мирового океана играет и атмосфера. Так, до 30% всей ртути и 50% свинца, поступающих в океан ежегодно, переносится через атмосферу. Попав в морскую воду, тяжелые металлы концентрируются главным образом в поверхностной пленке, в придонном осадке и в биоте, тогда как в самой воде они остаются лишь в сравнительно небольших концентрациях. Здесь особо значима поверхностная пленка, которая обычно простирается на глубину 50…500 мкм. Именно в данной области протекают все равновесные процессы массообмена между водой и атмосферой.

Активность накопления различных веществ в живых организмах из окружающей среды выражается соответствующими коэффициентами. Так, отношение содержания вещества в тканях гидробионтов (обитателей водной среды) к концентрации его в воде называется коэффициентом накопления. Например, в дафниях коэффициент накопления метилртути – 4 тыс., в планктоне коэффициент накопления свинца 12 тыс., кобальта – 16 тыс., а меди – 90 тыс. Исследователи говорят, что для любого химического элемента найдется по крайней мере один вид планктона, способный его концентрировать.

Большие количества тяжелых металлов сосредоточиваются в донных осадках. Это подтверждается тем, что концентрация металлов в осадке может быть на несколько порядков выше, чем в воде.

Загрязнение природных вод пестицидами и другими химическими соединениями. Пестициды - это класс синтезированных органических веществ, обладающий токсичными свойствами и подразделяющийся в соответствии с их назначением на группы:

Инсектициды - для уничтожения насекомых;

Гербициды - против сорняков;

Фунгициды - против грибков;

Специфические - против крыс, улиток и т.д.

Количество инсектицидов значительно превышает количество гербицидов.

Исходя из химического состава пестицидов, можно выделить 3 большие группы:

Хлорированные углеводороды;

Фосфорорганические соединения;

Растворимость и устойчивость пестицидов в воде различны. Несмотря на большой вынос пестицидов в гидросферу, их концентрация сравнительно мала:~10-7 % в пресных и~10-9 % в океанских водах. Однако даже такие малые концентрации опасны для жизнедеятельности живых организмов.

Наиболее распространенными среди хлорорганических пестицидов являются:

Ароматические: ДДТ и его метаболиты - ДДД и ДДЕ;

Алифатические и алициклические - линдан или гексахлорциклогексан, гексахлоран;

Хлорированные продукты диенового синтеза.

Все эти соединения относятся к инсектицидам; достаточно устойчивы к разложению, а, следовательно, накапливаются в среде и организмах (особенно в моллюсках, обнаруживаются у дельфинов). К хлорированным углеводородам относят также очень важный класс соединений - полихлорбифенилы (ПХБ). Получают их хлорированием бифенилов.

Анализ хлорсодержащих соединений показал, что все они содержат в качестве примесей тысячные доли диоксинов, т.е. последние образуются как побочные продукты большинства химических производств. Эти различные производные ароматических хлорированных эфиров являются супертоксикантами. ПХБ и диоксины подавляют иммунную систему.

Фосфорорганические пестициды (ФОП) - сложные эфиры фосфорной, тиофосфорной и дитиофосфорной кислот, относятся к инсектицидам. Их достоинством является малая химическая устойчивость.

Детергенты. Это моющие средства, основными компонентами которых являются поверхностно-активные вещества (ПАВ), (добавки - ферменты, отбеливатели, душистые вещества, ингибиторы коррозии и т.д.).

В слабозагрязненных водах концентрация ПАВ колеблется от тысячных до сотых долей мг/л. Концентрируются ПАВ в поверхностной пленке, образуя монослой. ПАВ не относятся к высокотоксичным веществам, их ПДК ~ 0.5-2 мг/л. При этом они чрезвычайно распространены из-за широкого использования в быту и промышленности. Они могут усиливать неблагоприятное влияние других загрязняющих веществ, которые являются токсикантами: повышать их растворимость в воде, образовывать устойчивые эмульсии, например; нефтепродуктов.

Фенолы. Соединения этого класса принято делить на:

Летучие с паром (фенол, крезолы, ксиленолы и т.д.;

Нелетучие (многоатомные, такие как резорцин, пирогаллол и т.д.). Источники фенолов могут иметь природное происхождение - метаболизм водных организмов, деградация органического вещества, и антропогенное, например, антисептики. Содержание фенолов в водах обычно не превышает 20 мкг/л.

Многочисленные упомянутые выше источники загрязнения Мирового океана зачастую удобнее группировать по «средовому» принципу, при котором источники разделяют на три большие группы:

§ морские – суда различного назначения (в т.ч. военные корабли) и другие установки и устройства, эксплуатируемые в морской среде; трубопроводы, установки и устройства, используемые при разведке и разработке природных ресурсов морского дна и его недр;

§ наземные – реки и другие сообщающиеся с морями водные системы, куда загрязняющие вещества попадают в результате сбросов сточных и нагретых вод промышленными предприятиями, либо с грунтовыми водами, загрязнёнными от захоронений особо вредных веществ (в т.ч. радиоактивных отходов), а также различные береговые объекты, осуществляющие сбросы в море;

§ атмосферные – различные промышленные предприятия, транспортные средства и другие объекты, производящие выбросы в атмосферу вредных газообразных отходов, большое количество которых из атмосферы попадает в океанические бассейны.

Установлено, что естественные возможности нейтрализации загрязнений в океане сегодня практически исчерпаны. Общая оценка состояния океана более тревожная, чем оценка состояния атмосферы. Для поддержания экологического баланса морских пространств нашей планеты очень важно международное сотрудничество, в т. ч. для выработки норм современного международного права. Природная среда едина и неделима, изменения ее состояния нельзя ограничить каким-либо определенным пространством. Ни одно государство, каким бы экономическим и научно-техническим потенциалом оно ни обладало, не может решить все проблемы, связанные с сохранением и улучшением состояния окружающей среды. Международная специализация и координирование в науке и технике могут ускорить создание малоотходных технологических процессов и эффективных противозагрязняющих устройств.

Истощение материковых вод.

В общем плане материковые воды обычно подразделяют следующим образом:

Поверхностные,

Почвенные,

Подземные.

Пресные воды распределены на поверхности Земли крайне неравномерно. Так, в Европе и Азии, где проживает 70% населения мира, сосредоточено лишь 39% мировых речных вод. На территории России 82% речного стока приходится на северные районы страны, которые по климатическим условиям малопригодны для развития земледелия и существенно менее заселены, чем южные районы, экономически более развитые, но испытывающие дефицит пресной воды.

Неравномерное распределение осадков и все возрастающее загрязнение гидросферы привели к тому, что во многих странах ощущается нехватка пресной воды.

Происходит истощение самых ценных из доступных человеку источников пресной воды – подземных вод. Истощение верхних горизонтов подземных вод наблюдается в США, Германии, Великобритании, Нидерландах, Японии. Сообщалось об истощении артезианского бассейна под Кубанской равниной. Уровень артезианских вод под Краснодаром ежегодно снижается.

Самое серьезное беспокойство вызывает состояние малых рек. Бесконтрольное использование воды, уничтожение водоохранных лесных полос и осушение верховых болот привели к массовой гибели малых рек. По оценкам биологов Германии, половина нанесенных на географические карты страны ручьев и прудов высохла; 90% родников и болот с бьющими в них ключами больше не существуют.

Однако наиболее ощутимый удар по пресной воде нанесли современные технологии, так как под их воздействием растет загрязнение рек и озер промышленными и бытовыми отходами, токсичными веществами. Только промышленность ежегодно сбрасывает в реки более 160 км3 промышленных стоков – неочищенных или недостаточно очищенных. Они загрязняют свыше 4 тыс. км3 речных вод, т.е. около 10% общего речного стока. В промышленно развитых странах эта цифра достигает 30% и более.

В настоящее время большинство рек мира в своих руслах несут уже не пресную воду, пригодную для водоснабжения населения, а разбавленные сточные воды городов, промышленных предприятий, животноводческих ферм и т.д. В реках вместо чистой воды - сложные растворы и взвеси вредных химических веществ и бактерий.

Необдуманное использование воды, превышающее возможности ее восстановления, а также ее интенсивное загрязнение приводят к превращению в пустыни больших районов континентов. Некогда полноводные чистые реки и озера сплошь и рядом мелеют, в них размножаются сине-зеленые водоросли, и вода становится не пригодной ни для питья, ни для жизни рыб и других водных организмов.

По данным Всемирной организации здравоохранения до 80% всех заболеваний, связанных с качеством среды обитания, результат употребления населением грязной воды.

Почти 2,5 млрд. жителей планеты страдает дизентерией, гепатитом, диареей и другими заболеваниями, связанными с загрязнением воды.

Использование пресных вод

Все отрасли народного хозяйства, которые используют водные ресурсы, подразделяют на две категории:

Водопользователи – это отрасли, которые используют водоемы для различных целей, но безвозвратный водозабор не ведут. К ним относятся гидроэнергетика, водный транспорт, рыбное хозяйство, коммунальные службы хозяйственно-питьевого обеспечения.

Водопотребители – это отрасли, которые берут воду из водоемов, причем часть ее используется безвозвратно. Крупнейшими водопотребителями являются теплоэнергетика (особенно АЭС), сельское хозяйство, а из промышленности – химическая и металлургическая.

Современный город с населением 1 млн. человек потребляет в сутки 300 тыс.м3 воды, из которых 75…80% превращаются в сточные воды.

Существует следующая классификация пресных вод по целевому назначению:

Вода питьевая – вода, в которой бактериологические, органолептические показатели и показатели токсических химических веществ находятся в пределах норм питьевого водоснабжения;

Вода минеральная – вода, компонентный состав которой отвечает лечебным требованиям;

Вода теплоэнергетическая – термальная вода, теплоэнергетические ресурсы которой могут быть использованы в любой отрасли народного хозяйства;

Вода промышленная – вода, компонентного состава и ресурсов которой достаточно для извлечения этих компонентов в промышленных масштабах;

Вода техническая – любая вода, кроме вышеперечисленных, пригодная для использования в народном хозяйстве.

При этом различают следующие виды воды технической:

Хозяйственно-бытовые вода – вода, используемая для бытовых и санитарно-гигиенических целей населением, а также прачечными, банями, столовыми, больницами и т.д.;

Поливная вода – вода, используемая для орошения земель и полива сельскохозяйственных растений;

Технологическая вода - вода, непосредственно контактирующая с продуктами и изделиями и подразделяющаяся, в свою очередь, на средообразующую, промывочную и реакционную (средообразующую используют для растворения и образования пульп, при обогащении и переработке руд, гидротранспорте продуктов и отходов производства; промывочную – для промывки газообразных (абсорбция), жидких (экстракция) и твердых продуктов и изделий, а реакционную – в составе реагентов, при отгонке и аналогичных процессах);

Энергетическая вода – вода, используемая для получения пара и нагревания помещений, оборудования и сред, а также для охлаждения жидких и газообразных продуктов в теплообменных аппаратах, а твердых тел – непосредственно.

Энергетическая вода может быть оборотной и подпиточной (добавочной). Воду весьма часто используют для охлаждения жидких и газообразных продуктов в теплообменных аппаратах. Энергетическая вода не соприкасается с материальными потоками и не загрязняется, а лишь нагревается. В промышленности 65…80% расхода воды потребляется для охлаждения.

Качество воды

Эта характеристика состава и свойств воды определяет пригодность ее для конкретных видов использования. Выделяют следующие показатели воды, регламентированные соответствующими документами:

Органолептические;

Гидрохимические;

Микробиологические;

Определение органолептических показателей обязательно при любом исследовании воды. К ним относятся цветность, запах, вкус и привкус, мутность и пенистость.

Гидрохимические показатели занимают значительное место в совокупности данных о состоянии водного объекта, при этом они могут быть определены полевыми или лабораторными методами. Для полевых методов в России выпускается широкий перечень тест-комплектов, позволяющих выполнить унифицированный анализ непосредственно у водного объекта. В число гидрохимических показателей качества воды, определяемых полевыми методами, входят: водородный показатель (рН), растворенный кислород, минерализация (карбонаты и гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды, сухой остаток, общая жесткость, катионы кальция и магния, натрия и калия), биогенные элементы (нитраты, фосфаты, аммоний, нитриты), фториды, общее железо.

Водородный показатель рН - одна из наиболее информативных характеристик. Величина рН в природных водах обусловлена количественным соотношением СО 2 , растворенного в воде, гидрокарбонат- и карбонат-ионов; процессами фотосинтеза (потребление СО 2 водной растительностью) и распада органических веществ; диссоциацией веществ гумусовой природы (болотные воды имеют низкие рН); гидролизом аква-ионов металлов. Величина рН колеблется: в речных водах в интервале 6.5-8.5, в атмосферных осадках - 4.6-6.1; в болотах - 5.5-6.0; в океанских водах - 7.9-8.3; в рудниках и шахтах - ~ 1; в содовых озерах - ~ 10. Величина рН оказывает существенное влияние на форму существования веществ в водных экосистемах.

Интегральная оценка качества воды проводится обычно по гидрохимическим показателям, при их достаточном количестве, и может проводиться несколькими способами.

В общем случае, при наличии данных о нескольких оцениваемых показателях, можно рассчитать сумму приведенных концентраций параметров к ПДК (принцип суммации воздействий). При этом критерием качества воды является значение

где С фi – фактическая концентрация i-го вещества в воде водоема.

При наличии данных о достаточном количестве показателей можно оценить индекс загрязненности воды (ИЗВ), который рассчитывается как сумма приведенных к ПДК фактических значений показателей качества для 6 основных загрязнителей воды:

(3.2)

где С i – среднее значение определяемого показателя за период наблюдений (при гидрохимическом мониторинге это – среднее значение за год); ПДКi – предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества; 6 – строго ограниченное (лимитируемое) число показателей, использующихся для расчета.

В качестве интегральной характеристики загрязненности поверхностных вод используются классы качества воды, которые установлены в зависимости от значения ИЗВ (см. таблицу П.2 Приложения 2).

При расчете ИЗВ в число шести показателей обязательно входят концентрация РК (растворённого кислорода) и значение БПК5, а также еще 4 показателя, являющиеся для данного водоема (воды) наиболее неблагополучными, т.е. имеющие наибольшие относительные концентрации (отношение C i /ПДК i).

Растворенный кислород всегда содержится в природной воде.В принципе все газы, содержащиеся в атмосфере: O 2 , H 2 S, N 2 CO 2 и др. присутствуют в гидросфере. Газообмен (фазовое равновесие) осуществляется через поверхностную пленку. Главными источниками растворенного кислорода (обычное содержание ~ 14 мг/л) являются атмосфера, фотосинтетическая деятельность, дождевые и снеговые воды, пересыщенные кислородом.

Биохимическое потребление кислорода (БПК) дает относительное представление о содержании легко окисляющихся органических веществ и может характеризовать количество органических отходов или качество воды. Для оценки этого параметра определяют кислород, растворенный в пробе, затем ее инкубируют не менее 5 суток в специальной склянке в темноте. В результате жизнедеятельности бактерий кислород затрачивается на окисление имеющихся в воде органических соединений. Убыль растворенного кислорода за определенный промежуток времени и характеризует БПК.

Определение содержания химических токсинов (пестицидов, нефтепродуктов, тяжелых металлов, СПАВ, и др.) повышает качество оценки, однако сопряжено с трудностями, так как для выполнения анализов требуется специальное лабораторное оборудование, сложные методики или приборы, высокая квалификация персонала и пр. Однако оценка качества воды по этой группе показателей или по некоторым из них в ряде случаев возможна, если использовать результаты анализов воды, полученные специальными службами – экологическими, санитарными, рыбохозяйственными и др.

В зависимости от условия образования сточные воды делятся на три группы:

1. Производственные сточные воды образуются в результате использования воды в технологических процессах. Они содержат механические примеси (песок, частицы шлака, окалина, глина, мелкодисперсная минеральная пыль), масло продукты, кислоты, соли, красители, пигменты, дубящие вещества и т.д.)

2. Бытовые сточные воды- образующиеся в раковинах санитарных узлах, душевых и т.п., содержат крупные примеси (остатки пищи, песок и т.п.) примеси органического и минерального прохождения в нерастворённом, коллоидном и растворённом состояниях; различные, в том числе болезнетворные бактерии. Содержит примерно 58% органических и 42% минеральных веществ.

3. Поверхностные сточные воды образуются в результате смывания дождевыми, снеговыми и поливочными водами загрязнений, имеющихся на поверхности грунтов, на крышах и стенах зданий и т.п. Основными примесями этих вод являются механические частицы (земля, песок, камень, древесные и металлические стружки, пыль, сажа) и нефтепродукты (масла, бензин, керосин, используемые в двигателях транспортных средств).

Условия спуска сточных вод на Земле не подвергаются специальной очистке перед выбросом в водоёмы. Их обезвреживание заключается лишь в разбавлении чистой водой и самоочищение водоёмов.

Особо опасным являются нефтепродукты, фенолы, соединение металлов, а также сильные яды как цианиды. В России ежегодно образуются около 21 км 3 сточных вод, из них 16 км 3 сливаются в Волгу и её притоки.

Сбросы сточных вод регламентируются также величиной ПДС (сброса) предприятия.

Методы и технологическое оборудование для очистки сточных вод можно выбрать, зная допустимые концентрации примесей в очищенных сточных водах, что обусловлено «Правилами охраны поверхностных вод»

Механическая очистка сточных вод обычно предшествует биологической и физико-химической очистке, сооружения механической очистки обычно составляют первую очередь строительства очистных станций.

Механическую очистку сточных вод применяют для отделения нерастворимых примесей. В сооружениях механической очистки сначала отделяют наибольшие по размеру частицы загрязнения, затем тяжелые взвеси, а на заключительном этапе – тонкодисперсные нерастворенные загрязнения.

Методы очистки:

а) механические : процеживание, отстаивание (всплывание), фильтрование, обработка в поле действия центробежных сил, для очистки сточных вод от взвешенных веществ;

б) физико-химические: флотация, экстракция, нейтрализация, сорбция, ионообменная очистка, электрохимическая очистка, выпаривание, испарение, кристаллизация (для очистки растворенных примесей).

в) биологические.

-Процеживание проводят в решетках и волокно уловителях.

В вертикальных или наклонных решетках ширина отверстий составляет 15-20 мм.

Для выделения волокнистых веществ из сточных вод используют волокно уловители в виде движущихся сеток с нанесённым на них слоем волокнистый массы.

-Отстаивание основано на свободном оседании (всплывании) примесей с плотностью больше (меньше) плотности воды. Этот процесс реализуют в льные

Песколовки использую для очистки сточных вод от частиц металла и песка размером более 0,25 мм. В зависимости от сточной воды применяют горизонтальные песколовки с прямолинейными и круговыми движением воды, вертикальные и аэрируемые позволяют удалить из сточных вод 70-80% песка.

Отстойники - для очистки от механических частиц размером более 0,1 мм. А также от частиц нефтепродуктов. В зависимости от направления движения потока сточной воды применяют горизонтальные, радиальные или комбинированные отстойники.

-Фильтрование применяют для очистки сточных вод от тонкодисперсных примесей с малой их концентрацией. Фильтрование используют как на начальной стадии очистки, сточных вод, так и после некоторых методов физико-химической или биологической очистки. Применяют 2 вида фильтров:

1) зернистые, в которых очищаемую сточную воду пропускают через насадки несвязанных пористых материалов (мраморная крошка)

2) микрофильтры, фильтры – элементы которых изготавливают из связанных пористых материалов (сеток, натуральных и синтетических тканей и т.п.) В настоящее время фильтры с фильтровальным материалом из частиц пенополиуретана широко используют для очистки вод от маслопродуктов. Пенополиуретановые частицы обладают большой маслопоглощающей способностью.

-Экстракция – основана на перераспределении примесей сточных вод в смеси двух взаимно нерастворимых жидкостей (сточной воды и экстрагента) Например при очистке сточных вод от фенола в качестве экстрагента используют бензол. Количественно интенсивность перераспределения оценивается К э = С э /С в, где С э и С в - концентрации примеси в экстрагенте и сточной воде по окончании процесса экстракции.

- Нейтрализация сточных вод предназначена для выполнения из них кислот, щелочей. Нейтрализацию кислот осуществляют щелочами или солями сильных щелочей: едким натром, едким калий, мрамор, мелом, содой. Наиболее дешевым и доступным регентом является гидроокись кальция (гашеная известь). Для нейтрализации сточных вод с содержанием щелочей и их солей (сточные воды целлюлозно-бумажных и текстильных заводов) можно использовать серную, соляную, азотную, фосфорную и другие кислоты.

-Сорбцию применяют для очистки от растворимых примесей. В качестве сорбентов используют любые мелкодисперсные материалы (золу, торф, опилки, шлаки, глину); наиболее эффективный сорбент – активированный уголь.

-Ионообменную очистку применяют для извлекать из сточных вод соединения мышьяка и фосфора, цианистые соединения и радиоактивные вещества, соли тяжелых металлов: хрома, никеля, цинка, свинца, ртути и др. в виде гранул имеющих на своей поверхности подвижный ион (катион или анион), который при определенных условиях вступает в реакцию обмена с ионами того же знака содержащихся в сточной воде.

гидросфера загрязнение чрезвычайный опасность

Экозащитные мероприятия

Для защиты поверхностных вод от загрязнения предусматриваются следующие экозащитные мероприятия.

• · Развитие безотходных и безводных технологий, внедрение систем оборотного водоснабжения - создание замкнутого цикла использования производственных и бытовых сточных вод, когда сточные воды все время находятся в обороте, и попадание их в поверхностные водоемы исключено.
• · Очистка сточных вод.
• · Очистка и обеззараживание поверхностных вод, используемых для водоснабжения и других целей.

Главный загрязнитель поверхностных вод - сточные воды, поэтому разработка и внедрение эффективных методов очистки сточных вод является актуальной и экологически важной задачей.

Способы очистки сточных вод

• · Механическая очистка
• · Физико-химическая очистка
• · Биологическая очистка

Механическая очистка

Используется для удаления из сточных вод взвешенных веществ (песок, глинистые частицы, волокна и т.д.). В основе механической очистки лежат четыре процесса:

• · процеживание,
• · отстаивание,
• · обработка в поле действия центробежных сил,
• · фильтрование.

Процеживание реализуют в решетках и волокноуловителях. Применяют для удаления из сточных вод крупных и волокнистых включений (сточные воды целлюлозно-бумажной и текстильной промышленности). Ширина зазоров составляет 10-20 мм.

Отстаивание основано на свободном оседании примесей с плотностью с > с воды или всплытии примесей с с < с воды. Процесс реализуется в песколовках, отстойниках, жироуловителях.

Песколовки используют для очистки сточных вод от частиц металла и песка размером более 250 мкм.

Отстойники используют для очистки сточных вод от более мелких взвешенных частиц или жировых веществ, нефтепродуктов.

Очистка сточных вод в поле действия центробежных сил осуществляется в гидроциклонах и центрифугах. Механизм действия аналогичен механизму действия газоочистных циклонов.

Фильтрование используют для очистки сточных вод от тонкодисперсных примесей с малой их концентрацией. В основном используется два типа фильтров: зернистые - в качестве фильтроматериала применяют кварцевый песок, дробленый шлак, гравий, сульфоуголь и др.; тканевые - фильтровальные перегородки изготавливаются из хлопчатобумажных материалов, шерстяных, керамических.

Физико-химические методы очистки

Применяются для удаления из сточных вод растворимых примесей, а в ряде случаев - для удаления взвешенных веществ.

Флотация заключается в обволакивании частиц примесей (маслопродуктов, мелкодисперсных взвесей) мелкими пузырьками воздуха, подаваемого в сточную воду, и поднятии их на поверхность, где образуется слой пены. В случае электрофлотации пузырьки газа образуются в результате электролиза воды при пропускании электрического тока (водород, кислород).

Коагуляция - это физико-химический процесс укрупнения мельчайших коллоидных и дисперсных частиц под действием сил молекулярного притяжения. В качестве коагулянтов применяют сульфат алюминия, хлорид железа. Если необходимые для коагулирования ионы алюминия или железа получают электрохимическим путем (электролизом), то такой процесс называют электрокоагуляцией.

Реагентный метод заключается в том, что обработка сточных вод проводится химическими веществами - реагентами, которые, вступая в химическую реакцию с растворенными токсичными примесями, образуют нетоксичные или нерастворимые осадки. Например, для очистки фторсодержащих вод применяют гидроксид кальция, хлорид кальция. В результате химической реакции с токсичными соединениями фтора образуется плохо растворимый фторид кальция CaF2, который может быть удален из воды отстаиванием.

Нейтрализация - разновидность реагентного метода, предназначена для снижения концентрации свободных Н+ или ОН--ионов до установленных значений, соответствующих рН = 6,5-8,5. Нейтрализация кислых сточных вод осуществляется добавлением растворимых щелочей NaOH, Ca(OH)2, Mg(OH)2, а щелочных - добавлением кислот (соляной, серной).

Экстракция основана на перераспределении примесей сточных вод в смеси двух взаимонерастворимых жидкостей (сточной воды и органической жидкости). Используется для выделения фенолов, жирных кислот, цветных металлов - меди, никеля, цинка, кадмия и др.

Ионообменная очистка заключается в пропускании сточной воды через ионообменные смолы, которые содержат подвижные и способные к обмену ионы - катионы (чаще Н+) или анионы (чаще ОН-). При прохождении сточной воды через смолы подвижные ионы смолы заменяются на ионы токсичных примесей соответствующего знака.

В последние годы активно разрабатываются новые эффективные методы очистки сточных вод:

• · озонирование,
• · мембранные процессы очистки (ультрафильтрация, электродиализ),
• · электроразрядные методы обработки воды,
• · магнитная обработка и др.

Биологическая очистка

Биологическая очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов использовать растворенные и коллоидные органические и некоторые неорганические соединения (H2S, NH3, нитриты и др.) в качестве источника питания в процессах своей жизнедеятельности. При этом органические соединения окисляются до воды и углекислого газа. Биологическую очистку ведут в естественных условиях (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды) или в специальных искусственных сооружениях - аэротенках, биофильтрах.

Аэротенки - это открытые резервуары, через которые медленно протекают сточные воды, смешанные с активным илом.

Биофильтр - сооружение, заполненное загрузочным материалом (шлак, щебень, керамзит, гравий и т.п.), на поверхности которого развивается биологическая пленка из микроорганизмов.