8 Охрана малых рек

В России свыше 2,5 млн малых (длиной до 100 км) рек. Они формируют почти половину суммарного объема речного стока, в их бассейнах проживает до 44% всего городского населения и почти 90% сельского (Ю.В. Новиков, 1998).

Малые реки, будучи своеобразным компонентом географической среды, выполняют функции регулятора водного режима определен­ных ландшафтов, поскольку в значительной степени поддерживают равновесие и осуществляют перераспределение влаги. Добавим к это­му, что они определяют гидрологическую и гидрохимическую специ­фику средних и крупных рек.

Поскольку сток малых рек формируется в тесной связи с ландшаф­том бассейна, они отличаются высоким уровнем уязвимости, причем не только при чрезмерном использовании водных ресурсов, но и при освоении водосбора. Особенно большой вред малым рекам наносит интенсивная хозяйственная деятельность. Из-за этого они быстро за­растают и заболачиваются, деградируют и, в конце концов, исчезают.

Охрана вод малых рек тесно связана с охраной от загрязнения той территории, с которой река собирает свои воды. Специалисты под­считали, что за год в малые реки Владимирской области поступает более 4000 т органики, 6000 т взвешенных веществ, десятки тонн нефтепродуктов, а с полей смывается паводками и дождями более 2000 т аммонийного азота и 600 т нитратов.

Поскольку у малых рек способность к самоочищению существенно ниже, нежели у больших, важно создавать на их берегах водоохранные зоны и строго поддерживать их режим. В указанную зону (шириной от 100 до 500 м) входят пойма, надпойменные террасы, бровки и крутые склоны берегов, овраги и балки. Вдоль берегов рекомендуется устрой­ство полосы леса или луга шириной от 15 до 100 м. Запрещается рас­пашка склонов по берегу, выпас скота, строительство животновод­ческих ферм, обработка прилегающих к рекам полей ядохимикатами. Овраги, примыкающие к водоохранной зоне, должны быть укрепле­ны, родники, которые питают малую реку, – расчищены.

Повышению способности малых рек к переработке биохимически окисляемых примесей, которые поступают со стоками и сбросами за­грязненных вод, способствует искусственная аэрация. Это достигает­ся посредством установки плотины с переливом, благодаря чему пада­ющая даже с небольшой высоты вода хорошо насыщается кислородом.

9 Очистка производственных сточных вод

Методы очистки производственных сточных вод подразделяются на механические, химические, физико-химические и биологические.

Для механической очистки применяют следующие сооружения-решетки, на которых задерживаются грубые примеси размером больше 5 мм; сита, задерживающие примеси СВ размером до 5 мм; песколовки, служащие для задержания минеральных загрязнений СВ преимушественно песка; жироловки, маслоловушки, нефтеловушки, смолоуловители для улавливания из СВ соответствующих загрязне­ний, более легких, чем вода; отстойники для осаждения взвешенных вешеств с удельным весом больше единицы.

Принцип действия песколовки основан на том, что под влиянием сил тяжести частицы, удельный вес которых больше, чем удельный _вес воды, по мере движения их вместе с водой в резервуаре оседают на дно. В соответствии с закономерностями гидравлики потока пес­чинки уносятся вместе с водой только при определенной скорости течения. При снижении этой скорости крупицы песка оседают на дно резервуара, а вода течет дальше.

Песколовки бывают горизонтальные, в которых вода движется в горизонтальном направлении (рис. 18.3), вертикальные, в которых вода движется вертикально вверх (рис. 18.4) и круглые с винтовым (поступательно-вращательным) движением воды (рис. 18.5).

Рис. 18.3. Схема горизонтальной песколовки (вид сверху)

В последних песколовках происходят процессы, аналогичные явлениям, наблюдаемым в чайной чашке. При перемешивании на­литого в чашку чая чаинки собираются в центре чашки. При круго­вом движении СВ в круглой песколовке крупные частицы песка ана­логичным образом собираются в ее центре. Через устроенное в цент­ре песколовки отверстие они попадают в специальную камеру.

Рис. 18.4. Вертикальная песколовка

Рис. 18.5. Круглая песколовка

При механической очистке из производственных СВ путем про­цеживания, отстаивания (рис. 18.6) и фильтрования удаляется до 90% нерастворимых механических примесей различного характера (песок, глинистые частицы, окалина и другие), а из бытовых СВ - до 60%.

Рис. 18.6. Схема радиального отстойника: 1 - входная труба; 2 - отводящая труба; 3 - шламосборник; 4 - канал вывода шлама; 5 - механический скребок

В целях очистки СВ от нефтепродуктов также широко применя­ется метод отстаивания, который в данном случае основан на спо­собности самопроизвольного разделения воды и нефтепродуктов. Частицы последних под действием сил поверхностного натяжения приобретают сферическую форму, и их размеры находятся в диапазо­не от 2 до 3∙10² мкм. В основе процесса отстаивания лежит принцип выделения нефтепродуктов под действием разности плотностей воды и частиц масла. Содержание нефтепродуктов в стоках находится в широких пределах и составляет в среднем 100 мг/л.

Выделение нефтепродуктов производится в нефтеловушках (рис. 18.7). Грязная вода подается в приемную камеру и, пройдя под перегородкой, попадает в отстойную камеру, где и происходит процесс разделения воды и нефтепродуктов. Очищенная вода выводится из нефтеловушки, а неф­тепродукты образуют пленку на поверхности воды и удаляются специаль­ным устройством. Подобным образом устроены жироловушки, маслоловушки и смололовушки, использующие принцип разности плотности воды и загрязнений, более легких (например, масло), чем вода.

Химические методы применяются для очистки производственных СВ. Основными приемами являются нейтрализация и окисление-вос­становление, они могут применяться и как самостоятельные, и как вспомогательные в сочетании с другими.

Рис. 18.7. Схема типовой нефтеловушки: 1 — сточная вода; 2 — приемная камера; 3 — отстойная зона; 4 — очищенная вода; 5 — вертикальные полупогруженные перегородки; 6 — нефтесборные трубы; 7 — пленка всплывших нефтепродуктов.

Производственные технологические процессы проходят как в кис­лых (избыток ионов Н⁺), так и в щелочных (избыток ОН^-) средах, что приводит к появлению соответствующих стоков. Сбалансировать количество ионов Н⁺ и ОН^- – в этом состоит суть метода нейтрали­зации при очистке стоков.

Рациональным является взаимное объединение кислых и щелоч­ных стоков. Водоотведение кислых и щелочных стоков по единой системе трубопроводов не всегда целесообразно, так как это может вызвать выпадение осадков в трубах и, как следствие, засорение сети.

В целях нейтрализации кислых вод применяют щелочные реаген­ты: известь СаО, гашеную известь Са(ОН)₂, кальцинированную соду Na₂СO₃, каустическую соду NaОН, аммиачную воду, а также филь­трование через нейтрализующие материалы (известняк, доломит, магнезит, мел).

Для нейтрализации щелочных вод наиболее часто применяются кислоты: серная, соляная, азотная, реже уксусная. Возможно ис­пользование для этих целей также дымовых газов, содержащих СO₂, SO₂, NO₂.

Сточные воды, содержащие окисленные переменновалентные элементы (Сr⁶⁺, Сl^1-, Сl⁵⁺, N^3-, N⁵⁺ и др.), обезвреживаются в две ступени. На первой элементы, находящиеся в высшей (или высо­кой) степени окисления, восстанавливаются до низшей (или проме­жуточной) валентности, при которой данный элемент на второй сту­пени очистки может быть выделен из жидкой фазы в виде осадка, газа "ли переведен в малотоксичную форму.

Окислительный метод используется при очистке промышленных СВ от токсичных цианидов, сульфидов, меркаптанов, фенолов, кре­олов и т.д. Реагентами являются хлор и его производные (гипохлориты, диоксид, хлораты), кислород, озон, перманганаты, хроматы и бихроматы, пероксид водорода. Восстановительный метод применяется для очистки СВ от нитритов и нитратов, хроматов и бихроматов, хлоратов и перхлоратов, сульфатов, броматов, иодатов Восстановителями в этом случае служат окисленные переменнова-лентные элементы, содержащиеся в сульфитах, сульфидах, солях двухвалентного железа, диоксиде серы (из дымовых газов).

Физико-химические методы также в основном применяются для очистки производственных СВ. Однако в последнее время некоторые из них стали использоваться и при очистке городских СВ. К ним относится, в частности, коагуляция – процесс укрупнения коллоид­ных частиц в жидкости за счет электростатических сил межмолеку­лярного взаимодействия. При первоначальном размере частиц 0,001 – 0,1 мкм после коагуляции их величина достигает 10 мкм и более, т.е. тех размеров, при которых они могут быть выделены механическими методами. Коагуляция не только приводит к слипанию частиц, но и нарушает агрегативную устойчивость полидисперсной системы, в ре­зультате чего происходит разделение твердой и жидкой фаз.

Разновидностью коагуляции является процесс флокуляции — ук­рупнение мелкодисперсных частиц за счет электростатического взаи­модействия под влиянием специально вводимых пол и электролитов — флокулянтов. В практике водоочистки наибольшее распространение получили активированная кремнекислота и полиакриламид (ПАА). Доза коагулянтов и флокулянтов зависит от состава обрабатываемых вод и уточняется при пусконаладочных работах на очистных сооружениях.

Флотация – процесс выделения из воды в пенный слой взвешен­ных и эмульгированных загрязнений в результате прилипания к пу­зырькам газа, подаваемого снизу в очищаемой жидкости.

Сорбция – метод глубокой очистки производственных СВ от ра­створенных органических и некоторых неорганических загрязнений. В процессах водообработки она может применяться как самостоятель­но, так и в сочетании с другими биологическими, химическими мето­дами. Сорбция позволяет не только выделить и сконцентрировать заг­рязнения из СВ, но и утилизировать их в технологическом процессе, а очищенные воды использовать в оборотном водоснабжении.

Механизм адсорбции заключается в переходе молекулы растворен­ного вещества из объема жидкости на поверхность твердого сорбента под действием его силового поля. В качестве сорбентов используют различные естественные и искусственные материалы: золу, коксовую мелочь, торф, цеолиты, активные глины и др. Особенно широко ДЛ этих целей применяются активированные угли, удельная поверхность адсорбции достигает 400—900 м²/т.

Для концентрированных СВ, содержащих органические загрязнения, представляющие техническую ценность, эффективным методов очистки является экстракция. Она основана на смешивании двух взаимонерастворимых жидкостей (одна из которых сточная вода) и рас­пределении в них, согласно растворимости, загрязненного вещества.

В качестве экстрагентов используют различные органические ве­щества: ацетон, хлороформ, бутилацетат, толуол и т.д. Разделение экстрагента и экстрагированного вещества производится перегонкой смеси. Это определяет одно из основных требований выбора экстра­гента: разная температура кипения экстрагента и выделяемого веще­ства. После разделения смеси экстрагент вновь используется в цикле очистки вод, а вещество утилизируется.

Ионный обмен – извлечение катионов и анионов из растворенных в СВ загрязнений при помощи ионитов, являющихся твердыми при­родными или искусственными материалами (например, искусствен­ные ионообменные смолы). Извлеченные при помощи ионного об­мена вещества в дальнейшем утилизируются или уничтожаются. Катиониты вступают в обмен с катионами, аниониты – с анионами.

Ионный обмен является обратимым процессом:

Несмотря на эффективность и экологичность, ионообменный метод не нашел широкого применения в промышленности из-за де­фицита ионообменных смол и необходимости организации реагентного хозяйства для регенерации ионитов.

Биологический метод, описанный выше, является наиболее эко­логически чистым из всех методов. Один из основных принципов экологии – «природа знает лучше» – реализуется здесь микробными сообществами путем превращения сложных экологически опасных ве­ществ в простые, безвредные.