Экология воды

8. Методы очистки  сточных вод 

В реках и других водоемах происходит естественный процесс  самоочищения воды. Однако он протекает  медленно. Пока промышленно-бытовые  сбросы были невелики, реки сами справлялись  с ними. В наш индустриальный век  в связи с резким увеличением  отходов водоемы уже не справляются  со столь значительным загрязнением. Возникла необходимость обезвреживать, очищать сточные воды и утилизировать  их. 

Очисткой сточных  вод называется их обработка с  целью разрушения или удаления из них вредных веществ. Методы очистки  можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические. Когда же они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным. Применение того или иного метода, в каждом конкретном случае, определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей. 

В комплекс очистных сооружений, как правило, входят сооружения механической очистки. В зависимости  от требуемой степени очистки  они могут дополняться сооружениями биологической либо физико-химической очистки, а при более высоких  требованиях в состав очистных сооружений включаются сооружения глубокой очистки. Перед сбросом в водоем очищенные  сточные воды обеззараживаются, образующийся на всех стадиях очистки осадок или  избыточная биомасса поступает на сооружения по обработке осадка. Очищенные сточные  воды могут направляться в оборотные  системы водообеспечения промышленных предприятий, на сельскохозяйственные нужды или сбрасываться в водоем. Обработанный осадок может утилизироваться, уничтожаться или складироваться. 

Механическая очистка  применяется для выделения из сточных вод нерастворенных минеральных  и органических примесей. Как правило, она является методом предварительной  очистки и предназначена для подготовки сточных вод к биологическим или физико-химическим методам очистки.

Механическая очистка  позволяет выделить из бытовых сточных  вод до 60-75% нерастворимых примесей, а из промышленных до 95%, многие из которых (как ценные материалы) используются в производстве. 

В состав сооружений механической очистки входят решетки, различного вида уловители, отстойники, фильтры. Песколовки применяются для  выделения из сточных вод тяжелых  минеральных примесей (в основном песка). Обезвоженный песок при надежном обеззараживании может быть использован  при производстве дорожных работ  и изготовлении строительных материалов. 

Усреднители применяются для регулирования состава и расхода сточных вод.

Усреднение достигается  либо дифференцированием потока поступающей  сточной воды, либо интенсивным перемешиванием отдельных стоков. 

Первичные отстойники применяются для выделения из сточных вод взвешенных веществ, которые под действием гравитационных сил оседают на дно отстойника, или всплывают на его поверхность. 

Для очистки сточных  вод, содержащих нефть и нефтепродукты, при концентрациях более 100 мг/л  применяют нефтеловушки. Эти сооружения представляют собой прямоугольные резервуары, в которых происходит разделение нефти и воды за счет разности их плотностей. Нефть и нефтепродукты всплывают на поверхность, собираются и удаляются из нефтеловушки на утилизацию. 

Химический метод  заключается в том, что в сточные  воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию  с загрязнителями и осаждают их в  виде нерастворимых осадков. Химической очисткой достигается уменьшение нерастворимых  примесей до 95% и растворимых до 25%. 

При физико-химическом методе обработки из сточных вод  удаляются тонко дисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества. Из физико-химических методов чаще всего применяются коагуляция, окисление, сорбция, экстракция и т.д., а также электролиз. Электролиз заключается в разрушении органических веществ в сточных водах и извлечении металлов, кислот и других неорганических веществ при протекании электрического тока. Электролитическая очистка осуществляется в особых сооружениях – электролизерах. Очистка сточных вод с помощью электролиза эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной промышленности. 

Сточные воды очищают  также с помощью ультразвука, озона, ионно-обменных смол и высокого давления. Хорошо зарекомендовала себя очистка путем хлорирования. 

Биологический метод - широко применяемый на практике метод  обработки бытовых и производственных сточных вод, основанный на использовании  закономерностей биохимического самоочищения рек и других водоемов. В его  основе лежит процесс биологического окисления органических соединений, содержащихся в сточных водах. Биологическое  окисление осуществляется сообществом  микроорганизмов, включающим множество  различных бактерий, простейших и  ряд более высокоорганизованных организмов-водорослей, грибов и т.д., связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями

(метабиоза, симбиоза  и антагонизма). 

Используются различные  типы биологических устройств: биофильтры, биологические пруды и аэротеки. 

В биофильтрах сточные  воды пропускают через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной  пленкой. Благодаря этой пленке интенсивно протекают процессы биологического окисления. 

В биологических  прудах в очистке сточных вод  принимают участие все организмы, населяющие водоем. 

Аэротенки - огромные резервуары из железобетона. Здесь очищающее начало

- активный ил из  бактерий и микроскопических  животных. Все эти живые существа  бурно развиваются в аэротенках, чему способствуют органические вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая бактерии (не слипающиеся в хлопья) омолаживают бактериальную массу ила. 

Перед биологической  очисткой сточные воды подвергают механической очистке, а после биологической (для  удаления болезнетворных бактерий) и  химической очистке, хлорированию жидким хлором или хлорной известью. Для дезинфекции используют также другие физико-химические приемы (ультразвук, электролиз, озонирование и др.). Биологический метод дает лучшие результаты при очистке коммунально-бытовых отходов, а также отходов предприятий нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, производства искусственного волокна. 

Ученые из Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) совместно  с исследователями из Международного университета штата Флорида (Майами) и

Университета Майами разрабатывают способ уничтожения  вредных жидких отходов с использованием электронного ускорителя. В ходе экспериментальных исследований на заводе по обработке городских отходов в округе Дейд (штат

Флорида) проводилось  облучение тонкого слоя падающей загрязненной воды (при расходе 380 л/мин) с помощью сканирующего электронного луча. При этом разрушались такие опасные загрязняющие вещества, как бензол, трихлорэтилен и фенол. 

С целью уменьшения загрязнения гидросферы желательно вторичное использование в замкнутых  ресурсосберегающих, безотходных процессах  в промышленности, капельное орошение в сельском хозяйстве, экономное  использование воды в производстве и в быту. 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

Миру нужна устойчивая практика управления водными ресурсами, однако мы еще недостаточно быстрыми темпами движемся в правильном направлении.

Китайская пословица  гласит: "Если мы не изменим курс, то можем прийти туда, куда направляемся". Если не изменить направление движения, многие районы будут по-прежнему испытывать нехватку воды, многие люди будут по-прежнему страдать, будут продолжаться конфликты  из-за воды и новые площади ценных сильно увлажненных земель будут  уничтожены. 

Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и  их рационального использования  для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем, требующих  безотлагательного решения. В России широко осуществляются мероприятия  по охране окружающей среды, в частности  по очистке производственных сточных  вод. 

Темпы развития индустрии  сегодня настолько высоки, что  одноразовое использование для  производственных нужд запасов пресной  воды – недопустимая роскошь. 

Поэтому ученые заняты разработкой новых бессточных технологий, что практически полностью решит  проблему защиты водоемов от загрязнения. Однако разработка и внедрение безотходных  технологий потребует определенного  времени, до реального перехода всех производственных процессов на безотходную  технологию еще далеко. Чтобы всемерно ускорить создание и внедрение в  народнохозяйственную практику принципов  и элементов безотходной технологии будущего, необходимо решить проблему замкнутого цикла водоснабжения  промышленных предприятий. Замкнутые  циклы промышленного водоснабжения  дадут возможность полностью  ликвидировать сбрасываемые сточные  воды в поверхностные водоемы, а  свежую воду использовать для пополнения безвозвратных потерь. 

В химической промышленности намечено более широкое внедрение  малоотходных и безотходных технологических  процессов, дающих наибольший экологический  эффект. Большое внимание уделяется  повышению эффективности очистки  производственных сточных вод. 

Значительно уменьшить  загрязненность воды, сбрасываемой предприятием, можно путем выделения из сточных  вод ценных примесей, сложность решения  этих задач на предприятиях химической промышленности состоит в многообразии технологических процессов и  получаемых продуктов. Следует отметить также, что основное количество воды в отрасли расходуется на охлаждение. Переход от водяного охлаждения к  воздушному позволит сократить на 70-90 % расходы воды в разных отраслях промышленности. В этой связи крайне важными являются разработка и внедрение новейшего оборудования, использующего минимальное количество воды для охлаждения. 

Существенное влияние  на повышение водооборота может оказать внедрение высокоэффективных методов очистки сточных вод, в частности физико- химических, из которых одним из наиболее эффективных является применение реагентов. Использование реагентного метода очистки производственных сточных вод не зависит от токсичности присутствующих примесей, что по сравнению со способом биохимической очистки имеет существенное значение.

Более широкое внедрение  этого метода как в сочетании  с биохимической очисткой, так  и отдельно, может в определенной степени решить ряд задач, связанных  с очисткой производственных сточных  вод. 

В ближайшей перспективе  намечается внедрение мембранных методов  для очистки сточных вод. 

На реализацию комплекса  мер по охране водных ресурсов от загрязнения  и истощения во всех развитых странах  выделяются ассигнования, достигающие 2-4

% национального дохода  ориентировочно, на примере США,  относительные затраты составляют (в %) : охрана атмосферы 35,2 % , охрана водоемов -

48,0, ликвидация твердых  отходов - 15,0, снижение шума -0,7, прочие 1,1.

Как видно из примера, большая часть затрат - затраты  на охрану водоемов,

Расходы, связанные  с получением коагулянтов и флокулянтов, частично могут быть снижены за счет более широкого использования для этих целей отходов производства различных отраслей промышленности, а также осадков, образующихся при очистке сточных вод, в особенности избыточного активного ила, который можно использовать в качестве флокулянта, точнее биофлокулянта. 

Таким образом, охрана и рациональное использование водных ресурсов - это одно из звеньев комплексной  мировой проблемы охраны природы.