§ 6. Екскурсія №1. Ознайомлення з проблемами стічних вод

Основними джерелами забруднення та засмічення водоймищ є недостатньо очищені стічні води промислових та комунальних підприємств, великих тваринницьких комплексів, відходи виробництва при розробці рудних копалин; води шахт, рудників, обробки та сплаву лісоматеріалів; скиди водного та залізничного транспорту; відходи первинної обробки льону, пестициди тощо. Забруднюючі речовини, потрапляючи в природні водоймища, призводять до якісних змін води, які в основному виявляються в зміні фізичних властивостей води, зокрема з'являються неприємні запахи, присмаки тощо; у зміні хімічного складу води, зокрема виявлення у ній шкідливих речовин, наявності плаваючих речовин на поверхні води та відкладання їх на дні водоймищ.

Виробничі стічні води забруднені в основному залишками та викидами виробництва. Кількісний та якісний склад їх різноманітний і здебільшого залежить від галузі промисловості, її технологічних процесів. Поділяються на дві основні групи: 1) стічні води, які містять неорганічні домішки, у тому числі і токсичні; 2) стічні води, що містять отруту.

Першу групу становлять стічні води содових, сульфатних, азотно-тукових заводів, збагачувальних фабрик свинцевих, цинкових, нікелевих руд тощо, у яких містяться кислоти, луги, іони важких металів. Стічні води цієї групи в основному змінюють фізичні властивості води.

Стічні води другої групи скидають нафтопереробні, нафтохімічні заводи, підприємства органічного синтезу, коксохімічні та ін. У стоках містяться різні нафтопродукти, аміак, альдегіди, смоли, феноли та інші шкідливі речовини. Шкідлива дія стічних вод цієї групи полягає головним чином в окислювальних процесах, внаслідок яких у воді зменшується вміст кисню, збільшується біохімічна потреба у ньому, погіршуються органолептичні показники води.

Нафта і нафтопродукти на сучасному етапі є основними забруднювачами внутрішніх водоймищ, вод та морів Світового океану. Потрапляючи у водоймища, вони створюють різні форми забруднення: плаваючу на воді нафтову плівку, розчинені або емульговані у воді нафтопродукти, важкі фракції, що випали на дно, тощо. При цьому змінюється запах, смак, забарвлення, поверхневе натягнення, в'язкість води, зменшується кількість кисню, з'являються шкідливі органічні речовини, вода набуває токсичних властивостей, починає становити загрозу для всіх живих істот. 12 г нафти роблять непридатною для вживання 1 т води.

Досить шкідливим забруднювачем промислових вод є фенол. Він міститься у стічних водах багатьох нафтохімічних підприємств. При цьому різко уповільнюються біологічні процеси водоймищ, процес їх самоочищення, вода набуває специфічного запаху карболки.

На життя мешканців водоймищ згубно впливають стічні води целюлозно-паперової промисловості. Окислення деревної маси супроводжується поглинанням значної кількості кисню, що призводить до загибелі ікри, мальків та дорослих риб. Волокна та інші нерозчинні речовини засмічують воду та погіршують її фізико-хімічні властивості. На риб та на їхній корм впливають молеві сплави. Із загниваючої деревини та кори виділяються у воду різні дубильні речовини. Смола та інші екстрактивні продукти сприяють розпаду та поглинанню великої кількості кисню, що викликає загибель риби, особливо молоді та ікри. Окрім того, молеві сплави дуже забруднюють ріки, а «топляк» нерідко повністю забиває їх дно, позбавляючи риб місць нересту та корму.

Атомні електростанції також забруднюють ріки радіоактивними відходами. Радіоактивні речовини концентруються дрібними планктонними мікроорганізмами та рибою, потім ланцюгом харчування передаються іншим тваринам. Встановлено, що радіоактивність планктонних мешканців у тисячі разів вище, ніж води, у якій вони живуть.

Стічні води, що мають підвищену радіоактивність (100 кюрі на 1 л і більше), підлягають захороненню у підземні безстічні басейни і спеціальні резервуари.

Зростання кількості населення, розширення старих та виникнення нових міст значно збільшили кількість побутових стоків у внутрішні водоймища. Ці стоки стали джерелом забруднення рік та озер хвороботворними бактеріями та гельмінтами. У ще більшій мірі забруднюють водоймища миючі синтетичні засоби, які широко використовуються у побуті, промисловості та сільському господарстві. Хімічні речовини, які містяться у них, потрапляючи зі стічними водами у ріки та озера, значно впливають на біологічний та фізичний режим водоймищ. У результаті знижується здатність вод до насичення киснем, паралізується діяльність бактерій, що мінералізують органічні речовини.

Викликає серйозну стурбованість забруднення водоймищ пестицидами та мінеральними добривами, які потрапляють із полів разом із потоками дощової та талої води. Доведено, що інсектициди, які містяться у воді у вигляді суспензій розчинюються у нафтопродуктах, якими забруднені ріки та озера. Ця взаємодія призводить до значного послаблення окислювальних функцій водяних рослин. Потрапляючи у водоймища, пестициди накопичуються у планктоні, бентосі, рибі, і згодом ланцюгом харчування потрапляють в організм людини, впливаючи негативно як на окремі органи, так і на організм у цілому.

У зв'язку з інтенсифікацією тваринництва у водоймища все частіше потрапляють стічні води, що містять рослинні волокна, тваринні та рослинні жири, фекальну масу, залишки плодів та овочів, відходи шкіряної та целюлозно-паперової промисловості, підприємств м'ясо-молочної, консервної промисловості.

У стічних водах зазвичай близько 60% речовин органічного походження, до цієї ж категорії відносять і біологічні (бактерії, віруси, гриби, водорості) забруднення у комунально-побутових, медико-санітарних водах та відходах шкіряних та вовняних підприємств.

Нагріті стічні води ТЕС та інших виробництв спричинюють «теплове забруднення», яке може призвести до досить серйозних наслідків: у нагрітій воді менше кисню, різко змінюється термічний режим, що негативно впливає на флору та фауну водоймищ, при цьому створюючи сприятливі умови для масового розвитку у водосховищах синьо-зелених водоростей – так званого «цвітіння води». Забруднюються ріки і під час сплаву деревини, при будівництві гідроелектростанції, а з початком навігаційного періоду – суднами річкового флоту.

Методи очищення стічних вод

У ріках та інших водоймищах відбувається природний процес самоочищення води. Проте він протікає повільно. Поки промислово-побутові викиди були невеликими, ріки самостійно справлялися з ними. В наш індустріальний час у зв'язку з різким збільшенням кількості відходів водоймища вже не справляються з таким значним забрудненням. Виникла необхідність знешкоджувати, очищувати стічні води та утилізувати їх.

Очищення стічних вод – обробка стічних вод з метою руйнування чи видалення з них шкідливих речовин. Очищення стічних вод від забруднення – складне виробництво. У ньому, як і в будь-якому іншому виробництві, є сировина (стічні води) та готова продукція (очищена вода).

Методи очищення стічних вод можна розділити на механічні, хімічні, фізико-хімічні та біологічні. Якщо вони застосовуються разом, то метод очищення та знешкодження стічних вод називається комбінованим. Застосування того чи іншого методу в кожному конкретному випадку визначається характером забруднення та ступенем шкідливості домішок.

Сутність механічного методу полягає в тому, що зі стічних вод шляхом відстоювання та фільтрації видаляються механічні домішки. Грубодисперсні частки залежно від розмірів затримуються решітками, ситами, піскопастками, септиками, гноєпастками різних конструкцій, а поверхневі забруднення – нафтопастками, бензоолієпастками, відстійниками тощо. Механічне очищення дозволяє виділяти з побутових стічних вод до 60-75% нерозчинних домішок, а з промислових – до 95%, значну кількість яких використовують у виробництві як цінні домішки.

Хімічний метод полягає у тому, що у стічні води додають різні хімічні реагенти, які вступають у реакцію із забруднювачами та загущують їх у вигляді нерозчинного осаду. Хімічною очисткою досягається зменшення нерозчинних домішок до 95% та розчинних до 25%.

При фізико-хімічному методі обробки зі стічних вод видаляються дрібнодисперсні та розчинені неорганічні домішки та руйнуються органічні та важко окислювані речовини. Частіше із фізико-хімічних методів застосовується коагуляція, окислення, сорбція, екстракція тощо. Широкого застосування набув електроліз, суть якого полягає у руйнуванні органічних речовин у стічних водах та виділенні металів, кислот та інших неорганічних речовин. Електролітичне очищення здійснюється в особливих спорудах – електролізерах. Очищення стічних вод за допомогою електролізу ефективне на свинцевих та мідних підприємствах, у лакофарбній та деяких інших галузях промисловості.

Забруднені стічні води очищують також за допомогою ультразвуку озону, іонообмінних смол та високого тиску, шляхом хлорування.

Серед методів очищення стічних вод велику роль має відіграти біологічний метод, заснований на використанні закономірностей біохімічного та фізіологічного самоочищення рік та інших водоймищ. Є декілька типів біологічних пристроїв з очищення стічних вод: біофільтри, біологічні ставки та аеротенки.

У біофільтрах стічні води пропускаються через шар крупнозернистого матеріалу, покритого тонкою бактеріальною плівкою, завдяки якій інтенсивно проходять процеси біологічного окислення. Саме вона є діючим початком у біофільтрах. У біологічних ставках в очищенні стічних вод беруть участь усі організми, що населяють водойми.

Аеротенки – величезні резервуари із залізобетону, вміст яких – активний іл із бактерій і мікроскопічних тварин – є першою ланкою очищення. Усі ці живі істоти бурхливо розвиваються в аеротенках, чому сприяють органічні речовини стічних вод і надлишок кисню, що надходить у спорудження з потоком поданого повітря. Бактерії склеюються у згустки і виділяють ферменти, що мінералізують органічні забруднення. Мул із згустками швидко осідає, відокремлюючись від очищеної води. Інфузорії, джгутикові, амеби, коловертки й інші дрібні тварини, пожираючи бактерії, які не склеїлися у згустки, омолоджують бактеріальну масу мулу.

Стічні води перед біологічним очищенням піддають механічному, а після цього для видалення хвороботворних бактерій і хімічному очищенню, хлоруванню рідким хлором чи хлорним вапном. Для дезінфекції використовують також інші фізико-хімічні прийоми: ультразвук, електроліз, озонування тощо.

Біологічний метод дає великі результати при очищенні комунально-побутових стоків. Він застосовується також і при очищенні відходів підприємств нафтопереробної, целюлозно-паперової промисловості, при виробництві штучного волокна.

Як діють очисні споруди?

Для очищення рідких стоків застосовують спеціальні системи очисних споруд. Для очищення побутових стоків, а також для кожного підприємства, залежно від особливостей його відходів, проектуються певні очисні споруди, у яких очищення проводиться поетапно.

Перший етап – механічне очищення. Зі стічних вод видаляються важкі частки. Для цього рідкі стоки направляють у великі басейни, де вода відстоюється – осідають на дно тверді частки. Після цього застосовують піщані фільтри або фільтри з піску та гравію, які видаляють дрібні важкі частки, що не осіли у відстійниках. У деяких випадках застосовують і центрифугування, при якому за допомогою величезних сепараторів видаляються забруднюючі речовини.

На другому етапі очищення на стоки впливають хімічними речовинами, переводячи розчинні сполуки у нерозчинні. Для виділення найбільш небезпечних чи дуже цінних для промисловості забруднювачів застосовують іонообмінні смоли, які, як губки, всмоктують лише ці речовини. У ряді випадків для очищення через забруднену воду пропускають електричний струм. Метали, які містяться в ній, осідають на електродах.

Третій етап називається біологічною очисткою. Методи біологічної очистки відіграють надзвичайно важливу роль. Частина забруднювачів – це розчинені у воді органічні речовини. Їх не вдається видалити ні фільтруванням, ні хімічними методами. Такі забруднювачі руйнуються або концентруються за допомогою мікроорганізмів або дрібних безхребетних у спеціально створених людиною екологічних системах.

Біологічне очищення здійснюють у спеціальних ємностях: відкритих басейнах – аеротенках, та закритих – метантенках. У першому випадку штучна екосистема містить організми, які вимагають наявності кисню. Для прискорення процесів в очищувану воду подається стиснуте повітря. У закритих ємностях працюють мікроби, які живуть лише в безкисневому середовищі. Їх називають анаеробами.

Доочищення стоків проводять на полях зрошення, де ними поливають і удобрюють ґрунт.

Цілий ряд забруднюючих речовин, які мають штучне походження та не зустрічаються у природі, створюють великі проблеми. Не вдається їх позбавитися навіть за допомогою бактерій.

Захист водних ресурсів від виснаження та забруднення та раціональне використання для потреб народного господарства – одна з найбільш важливих проблем, які вимагають невідкладного вирішення.

Одним з основних напрямків роботи з охорони водних ресурсів є застосування нових технологічних процесів виробництва, перехід на закриті (безстічні) цикли водопостачання, де очищені стічні води не зливаються, а багаторазово використовуються в технологічних процесах. Закриті цикли промислового водопостачання дадуть змогу повністю ліквідувати зливання стічних вод у поверхневі водоймища, а свіжу воду використовувати для поповнення безповоротних втрат.

У хімічній промисловості намічено більш широке застосування малозалишкових та беззалишкових технологічних процесів, що дають найбільший екологічний ефект. Велику увагу приділяють підвищенню ефективності очищення виробничих стічних вод.

Значно зменшити забрудненість води, яку зливають підприємства, можна шляхом виділення зі стічних вод цінних домішок, складність розв'язання цих задач на підприємствах хімічної промисловості полягає в різноманітності технологічних процесів та одержуваних продуктів. Слід відзначити також, що основна кількість води в галузі витрачається на охолодження. Перехід від водного охолодження до повітряного дозволить скоротити на 70-90% витрати води в різних галузях промисловості. У зв'язку з цим вкрай важливими є розробка та використання найновішого обладнання, що вимагає мінімальної кількості води для охолодження.

Значно вплинути на покращення водообігу може застосування високоефективних методів очищення стічних вод, у тому числі фізико-хімічних, найбільш ефективним із яких є застосування реагентів.

Використання реагентного методу очищення виробничих стічних вод не залежить від токсичності наявних домішок, що порівняно зі способом біохімічного очищення має велике значення. Ширше застосування цього методу, як у поєднанні з біохімічним очищенням, так і окремо, може певним чином вирішити ряд проблем, пов'язаних з очищенням виробничих стічних вод.

У найближчій перспективі передбачено застосування мембранних методів для очищення стічних вод.

На реалізацію комплексу заходів з охорони водних ресурсів від забруднення та виснаження у всіх розвинутих країнах виділяються асигнування, що досягають 2-4% національного доходу. Орієнтовно, на прикладі США, відносні затрати становлять (у %): охорона атмосфери – 35,2; охорона водоймищ – 48; ліквідація твердих відходів – 15; зниження шуму – 0,7; інші – 1,1. Як показує приклад, більша частина затрат – затрати на охорону водоймищ. Витрати, пов'язані з одержанням коагулянтів та флокулянтів, частково можуть бути знижені за рахунок більш широкого використання для цих цілей відходів виробництва різних галузей промисловості, а також осадів, що утворюються при очищенні стічних вод, а особливо надлишкового активного мулу, який можна використовувати як флокулянт, точніше біофлокулянт.

Таким чином, охорона та раціональне використання водних ресурсів – це одна з ланок комплексної світової проблеми охорони природи.

Дивіться також: