3. Основные источники загрязнения природных вод.

Промышленные стоки. Наибольшее загрязнение природных вод дает промышленность таких отраслей народного хозяйства, как нефтеперерабатывающая, химическая, мыловаренная, целлюлозно-бумажная, текстильная, металлургическая, горнодобывающая.

Почти все промышленные сточные воды загрязнены в той или иной мере нефтепродуктами, отрицательно влияющими на качество воды. Даже незначительное содержание нефти (0,2 – 0,4 мг/л) придает воде специфический запах, который не исчезает после хлорирования и фильтрации.

Большую опасность представляют фенольные соединения, находящиеся в сточных водах химических предприятий, особенно лесохимической, анилинокрасочной, коксохимической и других отраслей. Фенольные воды, обладая сильными антисептическими свойствами, нарушают биологические процессы в воде, придавая ей резкий, неприятный запах.

Сточные воды предприятий электрохимической промышленности, рудообогатительных фабрик и предприятий по производству пестицидов, а также шахтные и рудничные содержат значительное количество цинка и меди.

Появившиеся в сточных водах некоторых производств синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) резко ухудшают биохимическую очистительную способность воды. Поэтому даже при небольших концентрациях СПАВ в воде прекращается рост водной растительности, усиливаются привкусы и запахи, образуются стойкие скопления пены.

Коммунальные стоки. Города и другие населенные пункты дают большое количество загрязненных веществ. В составе коммунальных стоков, кроме фекальных вод, содержится значительное количество вредных соединений от использования химических веществ в быту, а также от предприятий пищевой промышленности, общественного питания, торговли и т. д. Наличие в коммунальных стоках болезнетворных микробов и вирусов, а также яиц гельминтов делает их особенно опасными для здоровья людей. Особенность коммунальных стоков – неравномерность их поступления, затрудняющая работу городской канализации.

Населенные пункты дополнительно загрязняют водные объекты поверхностным стоком от дождей или таяния снега с улиц, дворов и с территорий промышленных предприятий. Они содержат в себе нефтепродукты и другие специфические загрязнения.

Химизация сельского хозяйства. Интенсификация сельскохозяйственного производства сопровождается быстрым наращиванием темпов применения минеральных удобрений и химических средств защиты растений от сорняков, вредителей и болезней. В результате в окружающую среду поступает много химических веществ, в том числе пестицидов, некоторые из них устойчивы к воздействию внешних факторов и в течение длительного времени сохраняют свои свойства. Пестициды накапливаются в почве, а затем смываются в водоемы или просачиваются в водоносные горизонты. При обработке полей с помощью авиации пестициды могут попадать в водоисточники непосредственно.

Особая опасность загрязнения вод удобрениями и пестицидами заключается в том, что стоки с полей невозможно пропустить через очистные сооружения. Кроме того, огромные площади сельскохозяйственных угодий являются основными речными водосборами, с которых вода поступает в водные объекты.

Исследованиями установлено, что из внесенных удобрений в водоисточники попадает около 20% азота, 2,5% фосфора и 30% калия. Таким образом сельское хозяйство стало основным загрязнителем водных объектов биогенными веществами.

Биогенные вещества способствуют интенсивному развитию фитопланктона, стимулирует рост нежелательных водных организмов, вызывают прогрессирующую эвтрофикацию (содержание в воде питательных веществ и первичной продукции) водных объектов, приводят к нарушению процессов самоочищения.

Вносимый в почву азот под влиянием нитрификационных процессов превращается в легкорастворимые нитратные формы, обладающие большой подвижностью, что способствует загрязнению грунтовых вод, делая их непригодными для употребления. Максимально допустимое содержание нитратного азота в питьевой воде – 10 мг/л.

Наибольшее загрязнение водоисточников биогенами наблюдается в районах орошаемого земледелия. Например, при удобрении рисовых чеков 14 – 18% их уходит вместе с коллекторно-сбросными водами.

Орошаемое земледелие дает большие возвратные стоки, которые не только загрязнены удобрениями и пестицидами, но и сильно минерализованы.

Для защиты сельскохозяйственных культур от вредителей, болезней и сорняков все шире применяют химические средства. В результате происходит загрязнение территорий, оросительной сети, а также рек и грунтовых вод.

В открытые воды пестициды попадают с дождевыми и талыми водами, стекающими с обработанных ими территорий, при нарушении технологии авиа- и наземной обработки сельскохозяйственных угодий и лесов, в результате сброса сточных вод предприятиями, производящими пестициды, неправильного хранения или потерь при транспортировке.

Обработка рисовых полей пестицидами сопровождается частичным выносом их со сбросными водами в водотоки и водоемы. Радикальной мерой в этом случае может стать оборотное использование воды, которое позволяет расширить площади орошения или сократить потребление воды при их сохранении.

Стоки животноводческих хозяйств. Многочисленные животноводческие фермы и крупные животноводческие комплексы для промышленного производства свинины, говядины и молока на 50 – 100 тыс. голов являются существенным источником загрязнения.

Для облегчения водопоя фермы обычно располагают по берегам водоемов или вблизи них. При отсутствии жижесборников и навозохранилищ их отходы легко смываются ливневыми стоками или спускаются в водоисточники. Если учесть, что от фермы крупного рогатого скота ежесуточно образуется 1 т навозной жижи от каждой сотни голов, то становится ясной степень возможного загрязнения водных источников. На небольших реках ниже ферм при отсутствии природоохранных мероприятий вода становится мутной и приобретает неприятные запахи, рыба погибает. Отходы животноводческих хозяйств опасны тем, что в них содержатся яйца гельминтов и патогенные микроорганизмы, являющиеся источником заболеваний. Особенно опасны отходы свиноводческих комплексов. Одна свиноферма на 100 тыс. голов результатам загрязнения равнозначна городу с населением 250 тыс. человек.

Сложность проблемы охраны вод от стоков животноводческих хозяйств заключается в трудности санитарного обеспечения накопителей и утилизации отходов.

Продукты распада сине-зеленых водорослей. Сине-зеленые водоросли относятся к группе низших, наиболее примитивных растений. В большинстве случаев это одноклеточные организмы, обычно соединяющиеся в колонии. У некоторых клетки при помощи слизи и выростов соединены в ценобии в виде нитей, давая внешнюю картину многоклеточности. Размножаются они преимущественно путем деления клеток. Живут сине-зеленые водоросли не только в воде, но и на суше (на берегах водоемов, в почвах и на поверхности). Это самые распространенные растения земного шара. Они первыми заселяют бесструктурные почвы и совместно с бактериями приготавливают их для освоения другими растениями. Эти водоросли вообще аэробные организмы. Они способны к синтезу углеводов, но используют и распадающиеся органические вещества.

В сезоны массового размножения вода кажется окрашенной в зеленый, синий и другие цвета; это явление называют «цветением воды». «Синяя жидкость» образуется при распаде сине-зеленых водорослей в результате выхода из клеток водорастворимых пигментов – билихромпротеидов. При избыточном развитии водорослей, сопровождающемся цветением воды, качество ее резко ухудшается. В результате активно протекающих процессов брожения и гниения вода насыщается токсичными продуктами (фенолами, цианидами, высшими спиртами), обедняется кислородом, приобретает неприятные запахи. Это приводит к заболеванию и гибели рыб и других гидробионтов. Вода становится непригодной для питья и рекреации. Биологическое загрязнение воды отмирающими водорослями можно сравнить с загрязнением промышленными сточными водами.

Массовое развитие сине-зеленых водорослей наносит значительный ущерб народному хозяйству вследствие нарушения режима водоснабжения городов и населенных пунктов, возникновения заморов рыбы, загрязнения мест отдыха и т. д.

Сине-зеленые водоросли наиболее интенсивно развиваются в застойных водоемах, расположенных в районах с теплым климатом.

В водохранилищах озерного типа со значительной изрезанностью береговой линии и большим числом заливов возрастает доля внутриводоемных процессов, характерных для застойных зон, усиливаются процессы эвтрофирования. Эфтрофирование особенно усиливается под влиянием поступления в водоемы удобрений с полей и сточных вод.

Если в начальный период эвтрофирование приводит к увеличению продуктивности водоема в развитии фитопланктона и рыбы, то в последующем оно является причиной ухудшения качества воды и обеднения видового состава зообентоса и рыб, приводит к развитию сине-зеленых водорослей, менее требовательных к условиям обитания. Сине-зеленые водоросли при малой и средней интенсивности их развития (до 10...20 г/м³ сухого вещества) играют, как и другие фотосинтезирующие организмы, положительную роль, обогащая воду свободным кислородом. Однако в водохранилищах они достигают большой интенсивности развития (300...500 г/м³ и более), при которой продукты их распада становятся источником загрязнения воды.

Ущербы от цветения воды значительны. Особенно отчетливо они проявляются в системах коммунального и технического водоснабжения, включая ТЭС, и в рыбном хозяйстве.

В системах водоснабжения ущерб связан прежде всего с увеличением расходования коагулянтов для осаждения водорослей и с расширением площади отстойников.

На тепловых электростанциях сине-зеленые водоросли снижают эффект охлаждения и приводят к перерасходу топлива.

Избыточное цветение ограничивает, а иногда и исключает использование водных ресурсов для рекреации, лечения, спорта и туризма [1].

Тепловое загрязнение - нагревание воды, воздуха или почвы в результате попадания в окружающую среду тепловых отходов предприятий топливно-энергетического комплекса (тепловые и атомные электростанции), при сжигании попутного газа нефтедобывающей промышленности, от газовых факелов нефтехимических предприятий, при утечке тепла в жилищно-коммунальном хозяйстве и т. д. [3].

Современные тепловые и атомные электростанции используют для охлаждения огромное количество воды – до 100...200 м³/с, которая потом возвращается в водоемы в подогретом виде, изменяя их тепловой баланс. В результате повышения температуры воды усиливается ее испарение и увеличивается минерализация.

Более интенсивный рост водной растительности приводит к накоплению органического вещества, а его последующее разложение – к дальнейшей минерализации и уменьшению растворенного кислорода. Все это отрицательно сказывается на растительности и живых организмах [1].

Для погашения отрицательного эффекта влияния теплового загрязнения на окружающую среду используется охлаждение в градирнях или специальных водоемах-охладителях.

Любое тепловое загрязнение – это потеря дорогостоящей тепловой энергии, заставляющая увеличивать ее производство. Для уменьшения потерь энергии меняется структура энергетического комплекса: вместо мощных ТЭЦ строятся сотни мелких электростанций (блок-ТЭЦ), приближенных к потребителям энергии. КПД в 2 – 3 раза выше, чем при получении энергии на крупных ТЭС. Тепловое загрязнение от жилищно-коммунального хозяйства уменьшается при теплоизоляции стен, окон, дверей и т. д. [3].

Молевой сплав леса. При сплаве бревен россыпью с них при ударах о берега, камни и соударения между собой сдирается кора, ломаются сучья, которые оседают на дно рек. До 10% тонет и деловых стволов. Затонувшая древесина, а также выделяющиеся смолы, дубильные вещества и вредные соединения, медленно разлагаясь, поглощают кислород и выделяют фенольные и другие вредные вещества, отравляя воду. Вырубка густого кустарника по берегам рек, мешающего лесосплаву, усиливает эрозионные процессы, ускоряя заиление русла.

Особенно большой ущерб молевой сплав наносит рыбному хозяйству. При движении бревен рыба травмируется, разрушаются нерестилища, а под влиянием отравления гибнут икра и кормовые организмы.

Рубка леса на территории водосборов нарушает температурный и биологический режим рек. Они мелеют, пересыхают и выпадают из фонда рыбохозяйственных угодий. Последствия лесосплава сказываются даже через многие годы после его прекращения.

Отходы водного транспорта. Водный транспорт загрязняет воду вследствие прямого сброса в нее всех отходов и особенно подсланевых вод, сильно загрязненных нефтепродуктами. Огромное количество нефти попадает в воду при ее перевозках морским транспортом. При холостом рейсе танкеры для устойчивости наполняют водой, в месте загрузки нефтью балластную воду, сильно насыщенную нефтепродуктами, сбрасывают за борт.

Много нефти попадает в моря при авариях танкеров. В совокупности в моря и океаны ежегодно попадает не менее 5 млн. т нефти.

Пагубное влияние попадающей в воду нефти на природу проявляется в следующем. При концентрации нефтепродуктов более 0,05 мг/л вкусовые качества воды сильно падают, рыба приобретает неприятный и неустранимый привкус, а при концентрации свыше 0,5 мг/л – гибнет. Одна тонна нефти образует на поверхности воды пленку площадью 12 км², затрудняющую поступление в воду кислорода. Это приводит к массовой гибели рыбы и водоплавающей птицы. Опасность для флоры фауны может представлять не только сама нефть, но и поверхностно-активные вещества, которые используют для борьбы с нефтью. Большой ущерб разлившаяся нефть приносит курортным побережьям многих стран [1].

Радиоактивные отходы – все радиоактивные и зараженные материалы, образующиеся в процессе использования радиоактивности человеком и не находящие дальнейшего применения. К радиоактивным отходам относятся отработанные тепловыделяющие элементы АЭС (ТВЭЛы), конструкции АЭС при их демонтаже и ремонте, обладающие радиоактивностью части медицинских приборов, рабочая одежда сотрудников АЭС и др. Радиоактивные отходы должны храниться или захораниваться таким образом, чтобы была исключена возможность их попадания в окружающую среду [3].

Радиоактивные отходы некоторых производств представляют большую опасность для природных вод. В организмах растений, рыб и животных происходят процессы биологической концентрации радиоактивных веществ. Мелкие организмы, содержащие эти вещества в небольших дозах, поглощаются более крупными, в которых возникают уже опасные концентрации. Поэтому отдельные пресноводные рыбы в несколько тысяч раз радиоактивнее водной среды, в которой они обитают.

Сточные воды с радиоактивностью в 1 л свыше 3,7*10¹² с^-1 сливают в специальные подземные резервуары или закачивают в глубокие бессточные подземные бассейны. Используют также обезвоживание стоков и дальнейшее захоронение «блоков» в контролируемых местах [1].

В местах сохранения и захоронения радиоактивных отходов проводится постоянный дозиметрический контроль радиационной обстановки, который координируется Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ), используется автоматизированная система контроля радиационной обстановки.

Опасное влияние выбросов АЭС пока недостаточно изучено, однако научная методология и печальный опыт человечества требует исходить из того, что (учитывая неполноту нашего знания) это влияние будет еще более неблагоприятным, чем это представляется сегодня.

Необходимо прекратить выбрасывать в биосферу в ходе штатных выбросов не только глобальные и вечные радионуклиды, но и большинство других, способных оказывать влияние на живые организмы. Нужно сделать атомные реакторы такими, чтобы никогда, ни при каких условиях (включая не только ошибки персонала, но и вооруженное нападение и террористические акты) не смог бы произойти выброс радионуклидов из реактора. Надо найти пути сбора и уничтожения уже выброшенных вечных радионуклидов.

Современная атомная индустрия очень далека от выполнения этих простых требований. Именно поэтому мы говорим об ее экологической неприемлемости. А по масштабам экологических последствий ее влияние на биосферу определяем как самую грязную из существующих промышленных технологий [2].

В РФ имеется 227 хранилищ радиоактивных отходов, из которых 81 уже законсервировано. В Московской области имеется 20 временных хранилищ, каждое емкостью около 5 тыс. м³.

До 1984 г. широко практиковалось захоронение радиоактивных отходов в морях. В России в этот период сбрасывались в моря все радиоактивные отходы атомного военного и морского флота [3].

Лекция 7 (2ч).

1.Характеристика сточных вод

2.Показатели загрязненности сточных вод.

3. Основные принципы водопотребления и водоотведения предприятий

4. Нормирование водопотребления и водоотведения предприятий

5. Основные пути сокращения водопотребления и водоотведения промышленных предприятий

1.Характеристика сточных вод

Под водопользованием понимается использо­вание водных объектов для удовлетворения нужд населения и хозяй­ственной деятельности.

В настоящее время современные крупные предприятия используют до 1 млн м³ воды в сутки, поэтому в промышлен­ности проблема рационального использования водных ресурсов актуальна не только с позиций предотвращения их загрязнения , но и в силу необхо­димости значительного сокращения потребления воды. Объем забираемой воды из природных источников в 1998 г. составил почти 1907 млн м³, из них на производственные нужды приходилось порядка 532 млн м³.

Использование современных методов очистки сточных вод позволяет устранить 80 - 95 % загрязнений. Поэтому стратегическим направлением улучшения качества поверхностных и подземных вод является сокраще­ние водопотребления за счет организации мало- и бессточных произ­водств, повышения эффективности всех систем очистки, обезвреживания и обеззараживания воды.

Химическая, нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промыш­ленности относятся к наиболее водоемким отраслям народного хозяйства.

Сложность в решении проблемы рационального использования вод­ных ресурсов и предотвращения загрязнения водоемов сточными водами обусловлена особенностями этих отраслей:

• огромными количествами вовлекаемых в сферу производства мате­риальных ресурсов и выпускаемой готовой продукции;

• разнообразием применяемых технологий, выпускаемой продукции и получающихся отходов;

• широким использованием воды для производственных целей и от­сутствием технологических решений по ее замене.

Состав производственных сточных вод зависит от характера использо­вания воды в технологическом процессе.

В сточных водах, образующихся на современных предприятиях, со­держатся в основном примеси, которые не относятся к категории сильно­токсичных: хлориды, сульфаты, нитраты и фосфаты натрия, калия, каль­ция, аммония, магния, железа, меди, органические продукты, взвешенные вещества, нефтепродукты, СПАВ, масла и т. д. Однако некоторые произ­водства, такие как производства органического синтеза, минеральных удобре­ний, химических волокон, резинотехнических изделий и другие, со сточными водами выбрасывают в окружающую среду соединения ртути, фтора, мышья­ка, селена, кадмия, цинка, а также кислоты, щелочи, фенолы, метанол и другие вещества, содержание которых в воде водоемов строго лимитировано.

Сточные воды нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химиче­ских производств кроме растворенных органических и неорганических веществ могут содержать коллоидные примеси, а также взвешенные ве­щества, плотность которых может быть больше или меньше плотности воды. В ряде случаев сточные воды содержат растворенные газы.

Несмотря на многообразие технологических процессов, количество операций, в которых образуются сточные воды, весьма ограниченно, а следовательно, существует немного видов сточных вод. По происхожде­нию сточные воды подразделяются на следующие виды.

• Реакционные воды - характерны для реакций, протекающих с обра­зованием воды. Загрязнены как исходными веществами, так и про­дуктами реакции.

• Воды, содержащиеся в сырьевых материалах, - свободная или свя­занная вода, содержащаяся во многих видах природного сырья (уг­ле, нефти, сланцах), в процессе переработки загрязняется всевоз­можными органическими и неорганическими веществами.

• Промывные воды - широко используются для промывки сырья и продуктов, применяемых и получаемых в технологических процессах.

• Маточные водные растворы - образуются в результате проведения процессов получения или переработки продуктов в водных средах. Так, при суспензионной полимеризации стирола в водной среде об­разуются сточные воды, загрязненные стиролом, частицами поли­мера, стабилизатором суспензии и т. п. В процессе кристаллизации из растворов образуются сточные воды, загрязненные минераль­ными веществами и др.

• Водные экстракты и абсорбционные жидкости - образуются при использовании воды в качестве экстрагента или абсорбента. Они содержат значительное количество химических веществ. Большое количество абсорбционных жидкостей образуется при мокрой очи­стке отходящих газов.

• Охлаждающие воды - используются для охлаждения продуктов и аппаратов. Воды, не соприкасающиеся с технологическими про­дуктами, используются в системах оборотного водоснабжения.

• Другие виды сточных вод, образующиеся от вакуум-насосов, кон­денсаторов смешения, при гидрозолоудалении, конденсации водя­ных паров, от мойки оборудования, тары, помещений и т. д.

Атмосферные осадки с территорий предприятий также могут быть за­грязнены вредными веществами.

Большое значение в выборе методов очистки сточных вод имеет фазово-дисперсная характеристика примесей сточных вод. В связи с этой ха­рактеристикой сточные воды разделены на 4 группы:

группа 1 - сточные воды содержат не растворимые в воде примеси с величиной частиц 10 ^-5 - 10 ^-4 и более;

группа 2 - сточные воды представляют собой коллоидные растворы;

группа 3 - сточные воды содержат растворенные газы и молекулярно-растворимые органические вещества;

группа 4 - сточные воды содержат вещества, диссоциирующие на ионы.

Сточные воды могут содержать в своем составе пожаро- и взрыво­опасные вещества, а также соединения, агрессивные по отношению к тру­бопроводам, коллекторам, очистному оборудованию. В некоторых случа­ях в сточных водах содержатся вещества, обладающие резким, неприят­ным запахом, или поверхностно-активные вещества, приводящие к пено-образованию, и т. д.

Исследование качественного состава сточных вод часто затрудняется вследствие сложности их состава, широкого интервала концентрации примесей, динамики изменения состава сточных вод во времени.

При аналитическом контроле за работой очистных сооружений боль­шое значение имеет время, затрачиваемое на проведение анализа, так как за этот промежуток времени в водоем или в системы оборотного водо­снабжения может быть направлена недостаточно очищенная вода. Поэтому следует применять экспресс-методы анализа сточных вод, а также ав­томатические приборы, позволяющие осуществлять непрерывный кон­троль за составом сточных вод и работой очистных сооружений.