Методы очистки сточных вод

Введение. 

  Вода - ценнейший природный ресурс. Она  играет исключительную роль в процессах  обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Общеизвестна необходимость ее для  бытовых потребностей человека, всех растений и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания.

  Рост  городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых  земель, улучшение культурно-бытовых  условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения  водой.

  Потребности в воде огромны и ежегодно возрастают. Ежегодный расход воды на земном шаре по всем видам водоснабжения составляет 3300-3500 км3.

При этом 70% всего водопотребления используется в сельском хозяйстве.

  Много воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и цветная  металлургия. Развитие энергетики также  приводит к резкому увеличению потребности  в воде. Значительное кол-во воды расходуется  для потребностей отрасли животноводства, а также на бытовые потребности  населения. Большая часть воды после  ее использования для хозяйственно- бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод.

  Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Все более  возрастающие потребности промышленности и сельского хозяйства в воде заставляют все страны, ученых мира искать разнообразные средства для  решения этой проблемы.

  На  современном этапе определяются такие направления рационального  использования водных ресурсов: более  полное использование и расширенное  воспроизводство ресурсов пресных  вод; разработка новых технологических  процессов, позволяющих предотвратить  загрязнение водоемов и свести к  минимуму потребление свежей воды. 

1. Источники загрязнения внутренних водоемов 

  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.

  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.

  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 свойств воды, в частности, появление неприятных запахов, привкусов и т.д.); в изменении химического состава воды, в частности, появление в ней вредных веществ, в наличии плавающих веществ на поверхности воды и откладывании их на дне водоемов.

  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.

  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.

  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. 

  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. 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  мясомолочной, 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.

  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. 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.

  Очистка сточных вод - обработка сточных  вод с целью разрушения или  удаления из них вредных веществ. Освобождение сточных вод от загрязнения - сложное производство. В нем, как  и в любом другом производстве имеется сырье (сточные воды) и  готовая продукция (очищенная вода).

  Методы  очистки сточных вод 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.

  Сущность  механического метода состоит в  том, что из сточных вод путем  отстаивания и фильтрации удаляются  механические примеси. Грубодисперсные  частицы в зависимости от размеров улавливаются решетками, ситами, песколовками, септиками, навозоуловителями различных  конструкций, а поверхностные загрязнения - нефтеловушками, бензомаслоуловителями, отстойниками и др. Механическая очистка  позволяет выделять из бытовых сточных  вод до 60-75% нерастворимых примесей, а из промышленных до 95%, многие из которых  как ценные примеси, используются в  производстве.

  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, чаще всего из физико-химических методов  применяется коагуляция, окисление, сорбция, экстракция и т.д. Широкое  применение находит также электролиз. Он заключается в разрушении органических веществ в сточных водах и  извлечении металлов, кислот и других неорганических веществ. Электролитическая  очистка осуществляется в особых сооружениях - электролизерах. Очистка  сточных вод с помощью электролиза  эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной и  некоторых других областях промышленности.

  Загрязненные  сточные воды очищают также с  помощью ультразвука, озона, ионообменных смол и высокого давления, хорошо зарекомендовала  себя очистка путем хлорирования.

  Среди методов очистки сточных вод  большую роль играет биологический  метод, основанный на использовании  закономерностей биохимического и  физиологического самоочищения рек и других водоемов. Есть несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод: биофильтры, биологические пруды и аэротенки.