Очистка сточных вод

Содержание
Введение 2
Глава 1. Обзор литературных источников 3
1.1.Основные загрязнения водных ресурсов 3
1.2.Современное состояние проблемы очистки сточных вод 3
Глава 2. Методы очистки сточных вод 9
2.1.Механические методы 9
2.2.Химические методы 12
2.3.Биохимические методы 16
Глава 3. Состояние охраны водных ресурсов 21
Заключение 25
Список использованной литературы 26

Введение
Актуальность. Проблема очистки промышленных стоков и подготовки воды для технических и хозяйственно-питьевых целей с каждым годом приобретает все большее значение. Сложности очистки сопряжена с чрезвычайным разнообразием примеси в стоках, количество и состав которых постоянно изменяется вследствие появления новых производств и изменение технологии существующих.
Сточные воды являются источником различных заболеваний и распространения эпидемий. Они являются источником загрязнения окружающей природной среды. Поэтому очень важно все сточные воды целенаправленно отводить, а главное очищать, чтобы устранить все негативные последствия от воздействия сточных вод.
Цель работы: дать характеристику основным методам очистки сточных води и происходящим при этом процессам.
Задачи работы:
1.Поработать с литературными источниками по данной теме;
2.Раскрыть основные способы загрязнения водных ресурсов;
3.Охарактеризовать основные методы очистки сточных вод;
4.Рассмотреть вопрос охраны водных ресурсов;
5.Сделать выводы по работе.
Глава 1. Обзор литературных источников
1.1.Основные загрязнения водных ресурсов
Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения.
Главными загрязняющими поверхностные воды веществами являются нефтепродукты, фенолы, легкоокисляемые органические вещества, соединения меди и цинка, аммонийный и нитратный азот.
Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы:
механическое - повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений;
химическое - наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия;
бактериальное и биологическое - наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;
радиоактивное - присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;
тепловое - выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС[1, с. 8-10].
1.2.Современное состояние проблемы очистки сточных вод
Сточные воды – это пресные воды, поступившие с разных видов антропогенной деятельности и в результате претерпевшие некоторые изменения своих физико-химических свойств. Основная характеристика, по которой производят классификацию сточных вод, – их происхождение. По этому критерию сточные воды подразделяют на большие 3 группы:
1) бытовые;
2) производственные;
3) атмосферные.
Бытовые сточные воды – это сточные воды, образующиеся в жилых, административных и других помещениях и поступающие в водоотводящую сеть от различных санитарных объектов. В бытовых водах содержатся загрязнители минерального и органического характера, последние из которых являются наиболее опасными с санитарной точки зрения. Бытовые воды имеют БПК = 100-400 мг/л; ХПК = 150-600 мг/л, в результате чего их расценивают как сильно загрязнённые сточные воды. [1, с. 9]
Производственные сточные воды – это сточные воды, образующиеся в результате производства всевозможных видов продукции (использованные технические жидкости, технологические и промывные воды и др.). В зависимости от типа рассматриваемой сферы промышленности в сточных водах могут присутствовать как органические виды загрязнителей, так и неорганические, растворимые и нерастворимые. [1, с.9]
Атмосферные (дождевые) сточные воды – это сточные воды, образующиеся в процессе выпадения осадков на жилых, промышленных территориях, АЗС и т.д. В атмосферных водах преимущественно содержатся нерастворённые минеральные загрязнения и примеси органического происхождения. БПК данных сточных вод равняется 50-60 мг/л. [1, с.9]
Основными источниками загрязнения и засорения водоемов является недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов, отходы производства при разработке рудных ископаемых; воды шахт, рудников, обработке и сплаве лесоматериалов; сбросы водного и железнодорожного транспорта; отходы первичной обработки льна, пестициды и т.д.
Загрязняющие вещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые в основном проявляются в изменении физических и химических свойств воды.
Производственные сточные воды загрязнены в основном отходами и выбросами производства. Количественный и качественный состав их разнообразен и зависит от отрасли промышленности, ее технологических процессов; их делят на две основные группы: содержащие неорганические примеси, в т.ч. и токсические, и содержащие яды[2, с.85-120].
К первой группе относятся сточные воды содовых, сульфатных, азотно-туковых заводов, обогатительных фабрик свинцовых, цинковых, никелевых руд и т.д., в которых содержатся кислоты, щелочи, ионы тяжелых металлов и др. Сточные воды этой группы в основном изменяют физические свойства воды.
Сточные воды второй группы сбрасывают нефтеперерабатывающие, нефтехимические заводы, предприятия органического синтеза, коксохимические и др. В стоках содержатся разные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и другие вредные вещества. Вредоносное действие сточных вод этой группы заключается главным образом в окислительных процессах, вследствие которых уменьшается содержание в воде кислорода, увеличивается биохимическая потребность в нем, ухудшаются органолептические показатели воды[2, с.85-120].
Нефть и нефтепродукты на современном этапе являются основными загрязнителями внутренних водоемов, вод и морей, Мирового океана. Попадая в водоемы, они создают разные формы загрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку, растворенные или эмульгированные в воде. Нефтепродукты, осевшие на дно тяжелые фракции и т.д. При этом изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается количество кислорода, появляются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу не только для человека. 12 г. нефти делают непригодной для употребления тонну воды.
Довольно вредным загрязнителем промышленных вод является фенол. Он содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий. При этом резко снижаются биологические процессы водоемов, процесс их самоочищения, вода приобретает специфический запах карболки.
На жизнь населения водоемов пагубно влияют сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Окисление древесной массы сопровождается поглощением значительного количества кислорода, что приводит к гибели икры, мальков и взрослых рыб. Волокна и другие нерастворимые вещества засоряют воду и ухудшают ее физико-химические свойства. На рыбах и на их корме - беспозвоночных - неблагоприятно отражаются молевые сплавы. Из гниющей древесины и коры выделяются в воду различные дубильные вещества. Смола и другие экстрактивные продукты разлагаются и поглощают много кислорода, вызывая гибель рыбы, особенно молоди и икры. Кроме того, молевые сплавы сильно засоряют реки, а топляк нередко полностью забивает их дно, лишая рыб нерестилищ и кормовых мест[2, с.85-120].
Атомные электростанции радиоактивными отходами загрязняют реки. Радиоактивные вещества концентрируются мельчайшими планктонными микроорганизмами и рыбой, затем по цепи питания передаются другим животным. Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей в тысячи раз выше, чем воды, в которой они живут. Сточные воды, имеющие повышенную радиоактивность (100 кюри на 1л и более), подлежат захоронению в подземные бессточные бассейны и специальные резервуары.
Рост населения, расширение старых и возникновение новых городов значительно увеличили поступление бытовых стоков во внутренние водоемы. Эти стоки стали источником загрязнения рек и озер болезнетворными бактериями и гельминтами[2, с.85-120].
В еще большей степени загрязняют водоемы моющие синтетические средства, широко используемые в быту. Они находят широкое применение также в промышленности и сельском хозяйстве. Содержащиеся в них химические вещества, поступая со сточными водами в реки и озера, оказывают значительное влияние на биологический и физический режим водоемов. В результате снижается способность вод к насыщению кислородом, парализуется деятельность бактерий, минерализующих органические вещества.
Вызывает серьезное беспокойство загрязнение водоемов пестицидами и минеральными удобрениями, которые попадают с полей вместе со струями дождевой и талой воды. В результате исследований, например, доказано, что инсектициды, содержащиеся в воде в виде суспензий, растворяются в нефтепродуктах, которыми загрязнены реки и озера. Это взаимодействие приводит к значительному ослаблению окислительных функций водных растений. Попадая в водоемы, пестициды накапливаются в планктоне, бентосе, рыбе, а по цепочке питания попадают в организм человека, действуя отрицательно как на отдельные органы, так и на организм в целом.
В связи с интенсификацией животноводства все более дают о себе знать стоки предприятий данной отрасли сельского хозяйства. Сточные воды, содержащие растительные волокна, животные и растительные жиры, фекальную массу, остатки плодов и овощей, отходы кожевенной и целлюлозно-бумажной промышленности, сахарных и пивоваренных заводов, предприятий мясо-молочной, консервной и кондитерской промышленности, являются причиной органических загрязнений водоемов.
В сточных водах обычно около 60% веществ органического происхождения, к этой же категории органических относятся биологические (бактерии, вирусы, грибы, водоросли) загрязнения в коммунально-бытовых, медико-санитарных водах и отходах кожевенных и шерстомойных предприятий[2, с.85-120].
Нагретые сточные воды тепловых ЭС и др. производств причиняют «тепловое загрязнение», которое угрожает довольно серьезными последствиями: в нагретой воде меньше кислорода, резко изменяется термический режим, что отрицательно влияет на флору и фауну водоемов, при этом возникают благотворные условия для массового развития в водохранилищах сине-зеленых водорослей - так называемого «цветения воды».
Загрязняются реки и во время сплава, при гидроэнергетическом строительстве, а с началом навигационного периода увеличивается загрязнение судами речного флота[2, с.85-120].
Выводы по главе 1: В связи с ситуацией, сложившейся в настоящее время: бурное развитие различных отраслей промышленности (металлургических, нефтеперерабатывающих, химических), сельского хозяйства, транспортной инфраструктуры и других видов антропогенной деятельности, водоочистка сточных вод является одной из лидирующих и актуальных проблем наших дней. Необходимость в очищении сточных вод от всевозможных типов загрязнений возникает, если качество исследуемой воды не соответствует общепринятым регламентированным требованиям.
Глава 2. Методы очистки сточных вод
2.1.Механические методы
Одним из видов переработки бытовых стоков является механическая очистка. Этот метод позволяет удалить из жидкости различные твердые вещества. Очень часто технологическая схема механической очистки сточных вод предшествует другим способам очистки, но иногда она выступает самостоятельным средством. Чтобы узнать, есть ли необходимость в дополнительной очистке стоков после механической, проводится анализ степени загрязнения воды, и при отрицательном результате устанавливается только один метод очистки[3, с.4-6].
Использование механической очистки позволяет удалять из стоков около 60-65% взвешенных частиц и почти 95% твердых нерастворимых элементов. Механическая очистка промышленных сточных вод является самым дешевым способом извлечения загрязнений из жидкости (рисунок 1).
234365242
Рисунок 1. Технологическая схема очистной станции с механической очисткой сточных вод.
К механическим методам очистки стоков относятся следующие:
1.Процеживание. Чтобы процедить жидкость, система оборудуется решетками или ситами, которые могут уловить крупные фракции загрязнений и небольшое количество взвешенных частиц.
Технология такой очистки выглядит крайне просто: в начале конструкции устанавливается фильтрующий элемент, который блокирует дальнейшее движение твердых фракций и волокон. Далее по системе устанавливается мелкое сито, препятствующее движению веществ меньших размеров. Ближе к концу или на выходном канале могут устанавливаться дополнительные процеживатели с еще меньшим размером ячеек, за счет которых задерживаются практически все нерастворимые загрязнения.
2.Отстаивание. Работа данного метода заключается в разделении веществ разной плотности, содержащихся в стоках. Для работы этого способа очистки используются специальные устройства, называемые отстойниками.
Очистка сточных вод от механических примесей отстаиванием обычно осуществляется в закрытых системах водоснабжения. Из-за этого метод часто используется в различных видах промышленности, например, в химической или металлургической. Для отстаивания используются самые разные устройства: песколовки, маслоуловители, шлакоотстойники и пр.
3.Фильтрование. Оптимальный вариант для удаления из воды микроскопических частиц самого разного происхождения. Основным рабочим элементом конструкции являются фильтры. При прохождении через них стоки теряют большую часть лишних примесей, в результате чего вода становится намного чище.
Существует много видов фильтров, и каждому из них находится применение в своей сфере. Например, бумажная промышленность использует сетчатые и вакуумные фильтрующие элементы. Для увеличения степени очистки можно использовать устройства вроде центрифуг и гидроциклонов (гидроциклоны – металлические устройства конической формы, в которых удаление лишних частиц происходит за счет центробежной силы)[3, с.4-6].
Существует несколько видов устройств, позволяющих реализовать механические методы очистки сточных вод:
1.Решетки. Эти устройства обеспечивают блокировку дальнейшего движения крупных частиц, которые находятся в стоках. Решетки устанавливаются по направлению движения воды. Конструктивно решетка – это металлический каркас, на котором закреплено определенное количество металлических стержней, причем они могут располагаться не только вертикально, но и под наклоном.
В пазухах решеток находятся зубцы граблей. Они работают при помощи шарнирно-пластинчатой цепи, которая двигается за счет шестеренчатого привода. Грабли нужны для извлечения отходов с решетки и их подачи в дробилку посредством подвижной ленты. В дробилке частицы измельчаются.
Иногда в системе устанавливаются механические решетки для очистки сточных вод, совмещенные с дробилками, т.е. пропуская стоки, устройство одновременно измельчает крупные фракции. Такая конструкция устанавливается в камеру, где стоки двигаются по кругу. Работа такой решетки обеспечивается электродвигателем, находящимся снаружи конструкции и передающим энергию за счет передачи. Вращающийся барабан устройства направляет отходы в сторону режущих элементов, которые и обеспечивают измельчения примесей, находящихся в сточных водах. После переработки все вещества снова попадают в систему и двигаются дальше.
2.Песколовки. Это оборудование для механической очистки сточных вод хорошо справляется с задерживанием минеральных веществ. Поскольку их плотность выше, чем у воды, примеси могут оседать на дно. Песколовки могут работать только в определенных условиях: например, если вода будет двигаться слишком медленно, то из нее будут оседать более мелкие частицы – а это нежелательно. Подходящая скорость движения жидкости составляет около 15-30 см в секунду.
Конструкция песколовок, устанавливающихся на горизонтальных участках, включает два элемента: рабочий, пропускающий через себя стоки, и осадочный, являющийся элементом, предназначенным для сбора выпавших частиц. Песколовки можно очищать при помощи насоса, гидроэлеватора или других средств – все зависит от объема стоков. Хорошая песколовка может обеспечить очистку от 75% загрязнений.
3.Отстойники. Позволяют удалить из стоков механические частицы. С точки зрения расположения, отстойники делятся на горизонтальные, вертикальные и радиальные. Существует и классификация, зависящая от назначения устройства: отстойник может располагаться как перед очистительным сооружением, так и после него (такие устройства будут первичными или вторичными соответственно).
4.Иловые площадки. Устройство представляет собой конструкцию, обеспечивающую высушивание влажных осадков, попадающих в систему после прохождения отстойника. Влажность стоков в таком случае приближается к 100%, а иловая площадка позволяет снизить этот показатель примерно до 75%, после чего количество отходов снижается в несколько раз.
Схема механической очистки сточных вод в данном случае выглядит следующим образом: есть участок земли, вокруг которого располагаются земляные валы. Осадок выпадает в несколько слоев, поэтому определенная часть жидкости выпаривается, а другая проходит в грунт. Высушенные остатки вывозятся вручную, а иловая вода переносится к очистным сооружениям[3, с.4-6].
2.2.Химические методы
Химические способы очистки стоков основываются на применении химического взаимодействия между разными соединениями и элементами. Реагенты подбирают строго по результатам химического анализа воды. Данные вещества вступают в химические реакции с загрязнителями и разлагают их. После разложения загрязнители становятся безопасными для человека либо выпадают в виде осадка.
Основными методами химической очистки являются нейтрализация, окисление и восстановление[3, с.8-12].
Сточные воды, содержащие минеральные кислоты или щелочи, перед сбросом их в водоемы или перед использованием в технологических процессах нейтрализуют. Практически нейтральными считаются воды, имеющие рН=6,5-8,5. Нейтрализацию можно проводить различным путем: смешением кислых и щелочных сточных вод, добавлением реагентов, фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы и абсорбцией кислых газов щелочными водами. Выбор метода нейтрализации зависит от объема и концентрации сточных вод, наличия и стоимости реагентов.
1.Нейтрализация смешением. Этот метод применяют, если на предприятии имеются кислые и щелочные воды, не загрязненные другими компонентами. Кислые и щелочные воды смешивают в специальной емкости с мешалкой и без неё. В последнем случае перемешивание ведут воздухом.
2.Нейтрализация путем добавления реагентов. Для нейтрализации кислых вод могут быть использованы: NaOH, КОН, Na2CO3. СаСО3. цемент и гидроксид кальция (известковое молоко) с содержанием активной извести Са(ОН)2 5—10%. Реагенты выбирают в зависимости от состава и концентрации кислой сточной воды. При этом учитывают, будет ли в процессе образовываться осадок или нет.
3.Нейтрализация фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы. В этом случае для нейтрализации кислых вод проводят фильтрование их через слой магнезита, доломита, известняка, твердых отходов (шлак, зола). Процесс ведут в фильтрах-нейтрализаторах, которые могут быть горизонтальными или вертикальными.
4.Нейтрализация кислыми газами. Для нейтрализации щелочных сточных вод используют отходящие газы, содержащие СО2. SO2. NO2. N2O3. Применение кислых газов позволяет не только нейтрализовать сточные воды, но и одновременно производить высокоэффективную очистку самих газов от вредных компонентов[3, с.8-12].
Для очистки сточных вод используют следующие окислители: газообразный и сжиженный хлор, диоксид хлора, хлорат кальция, пероксид водорода, кислород воздуха, озон и др. В процессе окисления токсичные загрязнения, содержащиеся в сточных водах, в результате химических реакций переходят в менее токсичные, которые удаляют из воды.
1.Окисление хлором. Хлор и вещества, содержащие «активный» хлор, являются наиболее распространенными окислителями. Их используют для очистки сточных вод от сероводорода, гидросульфида, фенолов, цианидов и др.
2.Окисление пероксидом водорода. Пероксид водорода является бесцветной жидкостью, в любых соотношениях смешивается с водой. Он может быть использован для окисления нитритов, цианидов, серо- и железосодержащих отходов и активных красителей.
В кислой среде пероксид водорода переводит соли двухвалентного железа в соли трехвалентного, азотистую кислоту — в азотную, сульфиды — в сульфаты. Цианиды в цианаты окисляются в щелочной среде (рН=9—12).
3.Окисление кислородом воздуха. Кислород воздуха используют при очистке воды от железа для окисления соединений двухвалентного железа в трехвалентное с последующим отделением от воды гидроксида железа. Образующийся гидроксид железа отстаивают в контактном резервуаре, а затем отфильтровывают.
Кислородом воздуха окисляют также сульфидные стоки целлюлозных, нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов.
4.Окисление озоном позволяет одновременно обеспечить обесцвечивание воды, устранение привкусов, запахов и обеззараживание. Озонированием можно очищать сточные воды от фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, соединений: мышьяка, ПАВ, цианидов, красителей, канцерогенных ароматических углеводородов, пестицидов и др. При обработке воды озоном происходит разложение органических веществ и обеззараживание воды; бактерии погибают в несколько тысяч раз быстрее, чем при обработке воды хлором.
При введении озона в воду идут два основных процесса — окисление и дезинфекция. Кроме того, происходит значительное обогащение воды растворенным кислородом.
Процесс очистки сточных вод значительно сокращается при совместном использовании ультразвука и озона, ультрафиолетового облучения и озона. Так, ультрафиолетовое облучение ускоряет окисление в 10 2 —10 4 раз[3, с.8-12].
Методы восстановительной очистки сточных вод применяют в тех случаях, когда они содержат легко восстанавливаемые вещества. Эти методы широко используют для удаления из сточных вод соединений ртути, хрома, мышьяка.
а) в процессе очистки неорганические соединения ртути восстанавливают до металлической ртути, которую отделяют от воды отстаиванием или фильтрованием. Органические соединения ртути сначала окисляют с разрушением соединения, затем катионы ртути восстанавливают до металлической ртути. Для восстановления ртути и ее соединений предложено применять сульфид железа, железный порошок, сероводород и др.
б) наиболее распространенным способом удаления мышьяка из сточных вод является осаждение его в виде труднорастворимых соединений. При больших концентрациях мышьяка (до 110 г/л) метод очистки основан на восстановлении мышьяковой кислоты до мышьяковистой диоксидом серы.
в)метод очистки сточных вод от веществ, содержащих шестивалентный хром, основан на восстановлении его до трехвалентного с последующим осаждением в виде гидроксида в щелочной среде. В качестве восстановителей используются активный уголь, сульфат железа, водород, диоксид серы[3, с.8-12].
2.3.Биохимические методы
Биохимические способы очистки в настоящее время нашли широкое применение для очистки как хозяйственно-бытовых, так и промышленных сточных вод от многих растворенных органических и неорганических веществ, которые используются микроорганизмами в качестве питательных веществ и источников энергии и при этом подвергаются окислению с образованием воды и СО2 при аэробной и восстановительным процессам с образованием метана при анаэробной очистке. В процессе питания микроорганизмов происходит прирост их массы.
В сообщество микроорганизмов входит множество различных бактерий, простейших и ряд более высокоорганизованных микроорганизмов (микроводорослей, грибов и дрожжей). Основная роль в сообществе принадлежит бактериям, число родов которых может достигать 5-10, а видов – несколько десятков и даже сотен. Масса микроорганизмов создает так называемый активный ил с концентрацией до 2-5 г/л сточных вод.
Возможность биохимического окисления определяется по отношению, называемому биохимическим показателем. (БПКполн/ХПК)•100,%.
БПКПОЛН — потребление кислорода до начала процессов нитрификации, т.е. окисления нитритов до нитратов.
ХПК — величина, характеризующая общее количество органических и неорганических восстановителей, реагирующих со всеми окислителями, находящимися в сточной воде. Если это отношение равно 50%, то вещества будут поддаваться биохимическому окислению.
Известны два вида процессов с участием микроорганизмов:
окислительные (аэробные) в присутствии кислорода, наиболее распространенные в очистке сточных вод. Аэробный метод очистки основан на использовании аэробных групп микроорганизмов, для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода и температура 20-40 градусов. При аэробном методе очистки микроорганизмы культивируются в виде активного ила или биопленки.
восстановительные (анаэробные) методы протекают в отсутствие кислорода и используются для сбраживания осадков. [3, с. 12-16].
Аэробные процессы биохимической очистки могут протекать в природных условиях и в искусственных сооружениях.
1.В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах.
а) поля орошения. Это специально подготовленные земельные участки, используемые одновременно для очищения сточных вод и агрокультурных целей. Очистка сточных вод в этих условиях идет под действием почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и под влиянием жизнедеятельности растений.
В процессе биологической очистки сточные воды проходят через фильтрующий слой почвы, в котором задерживаются взвешенные и коллоидные частицы, образуя в порах грунта пленку. Затем образовавшаяся пленка адсорбирует коллоидные частицы и растворенные в сточных водах вещества. Проникающий из воздуха в поры кислород окисляет органические вещества, превращая их в минеральные соединения.
Серьезной проблемой использования полей орошения может явиться загрязнение почвы и заражение растений патогенными бактериями и яйцами гельминтов.
б) Если на полях не выращиваются сельскохозяйственные культуры и они предназначены только для биологической очистки сточных вод, то их называют полями фильтрации. Недостатки – большая площадь, возможность загрязнения подземных вод и воздуха газообразные продуктами разложения /запах – на 200 м/.
в) биологические пруды – представляют собой каскад прудов, состоящий из 3—5 ступеней, через которые с небольшой скоростью протекает сточная вода. Пруды имеют небольшую глубину (0,5-1 м), хорошо прогреваются солнцем и заселены водными организмами. Бактерии используют для окисления загрязнений кислород, выделяемый водорослями в процессе фотосинтеза, а также кислород из воздуха. Водоросли, в свою очередь, потребляют СО2. фосфаты и аммонийный азот, выделяемые при разложении органических веществ.
К недостаткам этих сооружений следует отнести низкую окислительную способность, сезонность работы, потребность в больших территориях, затрудненность очистки, трудно подобрать состав микроорганизмов, поддерживать их концентрацию на нужном уровне, микроорганизмы часто гибнут[3, с. 12-16; 4, с.9].
2.Искусственными сооружениями являются аэротенки и биофильтры при аэробной очистке и метатенки при анаэробной. В искусственных сооружениях процессы очистки протекают с большей скоростью, чем в естественных условиях.
-2317751865630а) Очистка в биофильтрах. Биофильтры – сооружения, в корпусе которых размещается кусковая насадка (загрузка) и предусмотрены распределительные устройства для сточной воды и воздуха. В биофильтрах сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытый пленкой из микроорганизмов (биопленкой). Биопленка представляет собой слизистые образования толщиной от 2 мм и более. Биопленка состоит из бактерий, грибов, дрожжей и простейших (рисунок 2).
Рисунок 2. Технологическая схема очистной станции с биологической очисткой сточных вод на биофильтрах
Микроорганизмы биопленки окисляют органические вещества, используя их как источники питания и энергии. Таким образом, из сточной воды удаляются органические вещества, а масса активной биопленки увеличивается. Отработанная (омертвевшая) биопленка смывается протекающей сточной водой и выносится из биофильтра. В качестве загрузки используют различные материалы с высокой пористостью, малой плотностью и большой удельной поверхностью: щебень, гравий и шлак.
б) Очистка в аэротенках. Аэротенки представляют собой резервуары, в которых сточная вода смешивается с комплексом развивающихся микроорганизмов, образующих легко оседающие хлопья -активный ил, и насыщается воздухом или кислородом с помощью различных систем аэрации.
Аэрация обеспечивает эффективное смешение сточных вод с активным илом, подачу в иловую смесь кислорода и поддержание ила во взвешенном состоянии. В процессе окисления органического вещества увеличивается биомасса микроорганизмов и образуется избыточный активный ил. Процесс очистки в аэротенке идет по мере протекания через него аэрированной смеси сточной воды и активного ила. Аэрация необходима для насыщения воды кислородом и поддержания ила во взвешенном состоянии.
в) Анаэробные методы обезвреживания используют для сбраживания осадков, образующихся при биохимической очистке производственных сточных вод.
Для очистки сточных вод используют метановое брожение, которое состоит из двух фаз: кислой и щелочной. В кислой фазе из сложных органических веществ образуются низшие жирные кислоты, спирты, аминокислоты, аммиак, сероводород, диоксид углерода и водород. Изэтих промежуточных продуктов в щелочной фазе образуются метан и диоксид углерода. Процесс брожения проводят в метантенках – герметически закрытых резервуарах, оборудованных приспособлениями для ввода несброженного и отвода сброженного осадка.
К недостаткам относится медленный рост анаэробных, особенно метановых, бактерий[3, с. 12-16; 4, с.10].
Выводы по главе 2: В целом все методы очистки сточных вод можно разделить на три больших группы: механические, химические и биохимические. Выбор оптимального метода очистки сточной воды - достаточно сложная и важная задача, что обусловлено многообразием находящихся в воде загрязняющих веществ и высоким требованиями, предъявленными к очищенной сточной воде.
При выборе метода очистки загрязняющих веществ учитывают не только их состав, но и требования к очищенной воде. Применяемые методы очистки должны обеспечивать максимальное использование очищенных сточных вод в основных технологических процессах и минимальный их сброс в окружающую среду.
Глава 3. Состояние охраны водных ресурсов
На сегодняшний день существует лишь два способа сохранить запас водных ресурсов:
1. Сохранение уже существующих запасов пресной воды.
2. Создание более совершенных коллекторов.
Накопление воды в водохранилищах препятствует ее стоку в мировой океан. А хранение воды, например, в поземных полостях позволяет уберечь воду от испарения. Строительство каналов позволяет решать вопрос доставки воды без ее просачивания в грунт. Разрабатывают также новые методы орошения сельскохозяйственных угодий, которые позволяют использовать сточные воды.
Но каждый из этих способов оказывает влияние на биосферу. Так, система водохранилищ препятствует образованию плодородных илистых отложений. Каналы препятствуют пополнению грунтовых вод. А фильтрация воды в каналах и на плотинах - главный фактор риска для болот, что приводит к нарушениям в экосистеме планеты.
Сегодня самый эффективной мерой по охране водных ресурсов считается метод очистки сточных вод. Различные способы позволяют удалить до 96% вредных веществ из воды. Но часто этого бывает недостаточно, а строительство более совершенных очистных сооружений оказывается зачастую экономически невыгодным[4, с.6].
Поверхностные воды (водоемы и реки) в наибольшей степени подвержены загрязнению и ущербу. По данным Государственного доклада «О состоянии окружающей среды Российской Федерации» (2017), в поверхностные воды России сбрасывается (тыс. т в год): нефтепродуктов 39,4, фосфора - 60, фенола - 0,22, поверхностно активных веществ (ПАВ) - 8,9, соединений меди - 0,9, железа - 51,2, цинка - 1,6. Общий объем сточных вод, сброшенных в поверхностные воды, за последнее десятилетие в среднем за год составляет 50-60 км3[5, с.3-5].
Нефтепродукты, фенолы, легко окисляемые органические вещества, соединения металлов, аммонийный и нитритный азот, а также специфические вредные вещества - лигнин, ксантогенаты, формальдегид и др. уже являются самыми распространенными инородными веществами в поверхностных водах.
Качество речных вод основных водных артерий России оценивается в среднем как загрязненное: в Волге и ее притоках вода загрязненная, в Оке - сильно загрязненная, в Дону и Тереке - от грязной до чрезвычайно грязной, в Днепре - от слабо загрязненной до грязной.
К поверхностным водам должны применяться в самой жесткой форме все меры охраны их от загрязнения и истощения. Поверхностные воды являются пока еще основным источником питьевых вод, связующим звеном с подземными водами, в них сосредоточены запасы рыбных ресурсов и т. д.
Среди охранных мер по регулированию качества и ресурсов поверхностных вод должны доминировать профилактические меры, предотвращающие попадание загрязняющих веществ в водоемы и реки. Это переход на безотходные технологии в промышленности и сельском хозяйстве, а также жесткая очистка сточных вод.
Причины ухудшения качества и загрязнения подземных вод связаны с деятельностью предприятий промышленности (37%), сельского (16%) и жилищно-коммунального (10%) хозяйства, обусловлены также совместным воздействием различных объектов (9%), подтягиванием некондиционных природных вод при нарушении режима эксплуатации водозаборов (13%).
Основными веществами, которые ухудшают качество и загрязняют подземные воды, являются: сульфаты, хлориды, соединения азота (нитраты, нитриты, аммиак и аммоний), нефтепродукты, фенолы, соединения железа, тяжелые металлы (медь, цинк, свинец, кадмий, никель и ртуть). Среди 28% выявленных очагов загрязнения содержание указанных выше веществ изменяется в пределах 10-100 ПДК, среди 12%- превышает 100 ПДК[5, с.3-5].
Ухудшение качества и загрязнение подземных вод по-прежнему в большинстве случаев носит локальный характер и в основном ограничивается размерами источника загрязнения. Из общего количества очагов менее 10% имеют площадь, превышающую 10 км2.
Мероприятия по охране подземных вод от истощения и загрязнения подразделяются на профилактические и специальные, общие и конкретные.
К профилактическим мероприятиям относятся следующие:
тщательный выбор места расположения строящегося объекта, антропогенное воздействие которого на подземные воды будет минимальным;
оснащение соответствующим оборудованием и соблюдение зон санитарной охраны;
учет степени защищенности подземных вод;
соблюдение режима эксплуатации, определенного нормативными документами и экспертизой Государственной комиссии по запасам (ГКЗ);
организация и ведение мониторинга подземных вод.
Одним из наиболее важных профилактических мероприятий является создание зон санитарной охраны (ЗСО), которое регламентируется Положением о порядке проектирования и эксплуатации зон санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов хозяйственно-питьевого назначения. Водоохранные зоны состоят из трех по?