Очистка сточных вод

    Чистая вода прозрачна, бесцветна, не имеет запаха и вкуса, населена множеством рыб, растений и животных. Загрязненные воды мутные, с неприятным запахом, не пригодны для питья, часто содержат огромное количество бактерий и водорослей. Система самоочистки воды (аэрация проточной водой и осаждение на дно взвешенных частиц) не срабатывает из-за переизбытка в ней антропогенных загрязнителей.

    Органические вещества, содержащиеся    в сточных водах, разлагаются ферментами аэробных бактерий, которые поглощают растворенный в воде кислород и выделяют углекислый газ по мере усвоения органических остатков. Общеизвестными конечными продуктами распада являются углекислый газ и вода, но могут образовываться и многие другие соединения. Например, бактерии перерабатывают азот, содержащийся в отходах, в аммиак (NH3), который, соединяясь с натрием, калием или другими химическими элементами, образует соли азотной кислоты – нитраты. Сера преобразуется в сероводородные соединения (вещества, содержащие радикал -SH или сероводород H2S), которые постепенно переходят в серу (S) или в сульфат-ион (SO4–), также образующий соли.

    В водах, содержащих фекальные массы, растительные или животные остатки, поступающие с предприятий пищевой промышленности, бумажные волокна и остатки целлюлозы от предприятий целлюлозно-бумажной промышленности, процессы разложения протекают практически одинаково.       Поскольку аэробные бактерии используют кислород, первым результатом распада органических остатков является уменьшение содержания кислорода, растворенного в принимающих стоки водах. Оно изменяется в зависимости от температуры, а также в некоторой степени – от солености и давления. Пресная вода при 20° C и интенсивной аэрации в одном литре содержит 9,2 мг растворенного кислорода.

    С повышением температуры воды этот показатель уменьшается, а при ее охлаждении – увеличивается. По нормативам, действующим при проектировании муниципальных очистных сооружений, для распада органических веществ, содержащихся в одном литре коммунальных сточных вод обычного состава при температуре 20° С, требуется примерно 200 мг кислорода в течение 5 дней. Это значение, называемое биохимической потребностью в кислороде (БПК), принято в качестве стандарта при расчетах количества кислорода, необходимого для очистки данного объема стоков. Величина БПК сточных вод предприятий кожевенной, мясообрабатывающей и сахарорафинадной промышленности гораздо выше, чем коммунальных стоков.

    В мелких водотоках с быстрым течением, где вода интенсивно перемешивается, поступающий из атмосферы кислород компенсирует истощение его запасов, растворенных в воде. Одновременно углекислый газ, образующийся при разложении содержащихся в сточных водах веществ, улетучивается в атмосферу. Таким образом, сокращается срок неблагоприятного воздействия процессов разложения органики. И наоборот, в водоемах со слабым течением, где воды перемешиваются медленно и изолированы от атмосферы, неизбежное уменьшение содержания кислорода и рост концентрации углекислого газа влекут за собой серьезные изменения. Когда содержание кислорода уменьшается до определенного уровня, происходит замор рыб, и начинают погибать другие живые организмы, что, в свою очередь, приводит к увеличению объема разлагающейся органики.

    Большая часть рыб гибнет из-за отравления промышленными и сельскохозяйственными стоками, но многие – и от недостатка в воде кислорода. Рыбы, как и все живые существа, поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Если кислорода в воде мало, но высока концентрация углекислого газа, интенсивность их дыхания снижается (известно, что вода при высоком содержании угольной кислоты, т.е. растворенного в ней углекислого газа, становится кислой).

Вода необходима всем почвенным организмам, она поглощается корнями растений и принимает участие в процессах разрушения материнской породы, подстилают ей почву. Благодаря воде происходит миграция и дифференциация химических элементов в почве. Более правильно жидкую часть почвы рассматривать как почвенный раствор.

Общее количество воды, которое может быть удержано почвой, складывается из гравитационной, физически связанной, капиллярной, химически связанной и парообразной воды.

Гравитационная вода может свободно просачиваться вниз через почву, достигая уровня грунтовых вод, что ведет к вымыванию различных питательных веществ.

Физически связанная (гигроскопическая) вода адсорбируется на частицах почвы в виде тонкой прочно связанной пленки. Ее количество зависит от содержания твердых частиц. В глинистых почвах такой воды значительно больше (около 15% веса почвы), чем в песчаных (около 0,5%). Гигроскопическая вода наименее доступна растениям.

Капиллярная вода удерживается вокруг почвенных частиц за счет сил поверхностного натяжения. При наличии узких пор или канальцев капиллярная вода может подниматься от уровня грунтовых вод вверх, играя центральную роль в регулярном снабжении растений влагой. Глины удерживают больше капиллярной воды, чем пески.

2.      Водоснабжение населенных мест

    Водоснабжение современных городских и сельских поселений призвано обеспечить качество и количество подаваемой населению воды в соответствии с установленными гигиеническими нормативами, поддерживать высокий уровень общественного здоровья, исключая опасность распространения различных заболеваний.

    Различают два вида водоснабжения – местное и централизованное, отличающихся способами разбора воды.

    При местном (децентрализованном) водоснабжении вода разбирается непосредственно из источника (колодца, родника, буровой скважины).

При централизованном водоснабжении (водопровод) воду забирают из поверхностных или подземных источников механическим путем и по сети труб доставляют под давлением к месту потребления.

    Устройство водопроводов обеспечивает охрану воды от загрязнения, улучшение в случае необходимости ее природных качеств и беспрепятственное потребление в количествах, соответствующих санитарным нормам.

    Основные гигиенические требования к источнику состоят в том, чтобы качество воды в природном состоянии или после соответствующей обработке гарантировало ее безопасность и  безвредность для здоровья человека.

Для организации водоснабжения используются разнообразные подземные и поверхностные водные источники.

    Подземные пресные воды, пригодные для целей питьевого водоснабжения, залегают на глубине не более 250-300 метров. Подземные воды первого водоносного горизонта носят название грунтовых; они практически ничем не защищены, расположены на ближайшем к поверхности водоупорном слое и питаются за счет поглощенных почвой атмосферных осадков. Вследствие этого они характеризуются значительными сезонными колебаниями уровня стояния, дебита (расхода) и химического состава. Используются грунтовые воды в сельской местности при организации колодезного водоснабжения.

Подземные воды, заключенные между двумя водоупорными слоями, называются межпластовыми. Химический состав межпластовых вод является достаточно постоянным и формируется под влиянием химического и физико-химического процессов. В подземных водах содержится до 70 химических элементов. Наибольшее значение для хозяйственно0питьевого водоснабжения имеют фтор, железо, соли жесткости, карбонаты и бикарбонаты магния  и кальция. Реже встречаются бром, бор, бериллий, селен и стронций.

    Наряду с естественными на формирование состава подземных вод оказывают влияние и  искусственные факторы, связанные с неправильной эксплуатацией водоносных горизонтов и вызывающие химическое и бактериальное загрязнение. Одной из причин загрязнения подземных вод являются промышленные сточные воды, которые инфильтрируются из накопителей и шламохранилищ в случае неудовлетворительной их гидроизоляции.

    В целом же межпластовые воды высоко оцениваются с санитарной точки зрения при выборе источника хозяйственно-питьевого водоснабжения.

    Единственным принципиальным ограничением их выбора в качестве источника хозяйственно-питьевого водоснабжения является недостаточная водообильность горизонтов подземного залегания, что вызывает необходимость широкого использования для этих целей также и поверхностных водных объектов.

    Состав поверхностных вод отличается от подземных и зависит больше всего от источника питания открытых водоемов. Общими свойствами воды поверхностных источников являются: низкая минерализация, большое количество взвешенных веществ, высокий уровень микробного загрязнения, колебания расхода воды в зависимости от времени и метеорологических условий. Часто отмечается интенсивное загрязнение их в результате сброса сточных вод, судоходства и других причин.

    В водохранилищах добавляется еще и чрезмерное развитие микроскопических одноклеточных водорослей, так называемое цветение, способное ухудшить органолептические показатели воды и придать ей аллергенные свойства. /5/

    Изложенные особенности качества воды должны учитываться при выборе источника проектируемого или реконструируемого водопровода. Гигиенические требования к водоисточнику изложены в ГОСТе 2781-84 (Правила выбора и оценка качества централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения).

    В стандарте перечислены водоисточники в порядке гигиенической надежности с учетом качества воды и устойчивости ее состава:

  - межпластовые напорные воды

  - межпластовые безнапорные воды;

  - трещиновато-карстовые воды;

  -грунтовые воды;

  - поверхностные водоисточники.

    Стандартом устанавливается, что выбор источника хозяйственного водоснабжения в обязательном порядке должен быть согласован с санитарно-эпидемиологической службой.

    Источники водоснабжения находятся под постоянным воздействием различных факторов – природных и антропогенных. На них оказывают влияние метеорологические явления, условия формирования поверхностного или подземного водного потока, хозяйственная и бытовая деятельность человека. Техническая эффективность сооружений по обработке и обеззараживанию водопроводной воды, кроме чисто технологических факторов, в большей степени определяется качеством исходной воды. Надежность работы водопровода тем выше, чем более постоянен состав воды источника водоснабжения. С целью предотвращения эпизодического периодического или систематического действия факторов, ухудшающих качество воды, организуется зона санитарной охраны (ЗСО). Под зоной санитарной охраны источника хозяйственно-питьевого водоснабжения понимают специально выделенную территорию, прилегающую к источнику водоснабжения и водозаборным сооружениям; на этой территории устанавливается особый режим для поверхностных источников, ограничивающий (для подземных – исключающий)возможность загрязнения или снижения качества воды источника в месте водозабора или уменьшения дебита; а также имеющей целью предохранить водозаборные сооружения водопровода от всяких преднамеренных или случайных действий, в результате которых может быть нарушена их нормальная работа.

    Следует особо подчеркнуть зависимость способов очистки от вида используемой воды (поверхностные или подземные). На рис. 1 и 2 представлены схемы хозяйственно-питьевых водопроводов при заборе воды из поверхностного и подземного источников.

Рис. 1. Схема хозяйственно-питьевого водопровода при заборе воды из поверхностного водоисточника: 1 – водозабор; 2 – насосная станция первого подъема воды; 3 – отстойники; 4 – фильтры; 5 – хлораторные; 6 – резервуар чистой воды; 7 – насосная станция второго подъема воды; 8 – водовод;  9 - водонапорная башня; 10 – водопроводная сеть населенного пункта; стрелками указано направление движения воды.

Рис. 2. Схема хозяйственно-питьевого водопровода при заборе воды из подземного водоисточника: 1– водоисточник – артезианская скважина; 2 – насосная станция первого подъема воды; 3– резервуар запасной воды;

4 – насосная станция второго подъема воды; 5 – трубопровод; 6 – водопроводный резервуар, из которого вода поступает в водопроводную сеть населенного пункта (7); стрелками указано направление движения воды.

3.      Способы и средства очистки воды

    Практикуются три основных метода очистки сточных вод. Первый существует давно и наиболее экономичен: сброс сточных вод в крупные водотоки, где они разбавляются пресной проточной водой, аэрируются и нейтрализуются естественным образом. Очевидно, что этот метод не отвечает современным условиям. Второй метод во многом базируется на тех же естественных процессах, что и первый, и заключается в удалении и снижении содержания твердых и органических веществ механическим, биологическим и химическим способами. Его в основном используют на коммунальных очистных станциях, которые редко располагают оборудованием для переработки промышленных и сельскохозяйственных стоков. Широко известен и достаточно распространен третий метод, состоящий в сокращении объема сточных вод путем изменения технологических процессов; например, в результате вторичной переработки материалов или использования естественных методов борьбы с вредителями вместо пестицидов и т.д.

    Очистка сточных вод. Хотя сейчас многие промышленные предприятия пытаются очистить свои стоки или сделать производственный цикл замкнутым, а производство пестицидов и других токсичных веществ запрещено, самым радикальным и быстрым решением проблемы загрязнения воды будет строительство дополнительных и более современных очистных сооружений.