Нормування якості природних вод і проблема промислових стічних вод

Об'єктами водокористування є поверхневі води, підземні води, внутрішні води і територіальні морські води. Прісні води згідно з "Правилами охорони поверхневих вод від забруднення стічними водами №1166-74" поділяють на чотири категорії залежно від характеру їх використання:

Категорія І - господарсько-питного водопостачання населення та підприємств харчової промисловості;

Категорія II - культурно-побутового призначення (для купання, занят­тя спортом, відпочинку населення);

Категорія ІІІ - рибогосподарського призначення для збереження та роз­ведення цінних порід риб (чутливих до кількості розчинного у воді кисню та кількості завислих часток);

Категорія IV - рибогосподарського призначення для збереження інших порід риб.

Для кожної категорії встановлені відповідні нормативи якості води м місцях водокористування. Встановлення нормативів якості дозволяє ефек­тивно проводити контроль. Надзвичайно важливим є принцип встановлення гранично допустимих концентрацій (ГДК) забруднюючих речовим.

Для вод господарсько-питного і культурно-побутового призначення для нормування їх якості встановлюються ГДК_В шкідливих речовин з враху­ванням трьох показників шкідливості:

• органолептичного;

• санітарного (загальносанітарного);

• санітарно-токсикологічного.

Для вод рибогосподарського призначення (водокористування) - ГДК_ВР, з врахуванням п'яти показників шкідливості:

• органолептичного;

• санітарного (загальносанітарного);

• санітарно-токсикологічного;

• токсикологічного;

• рибогосподарського.

Кожний показник шкідливості характеризує ту чи іншу влас­тивість забруднюючих речовин, яка показує шкідливу дію цих речо­вин, а саме:

♦ органолептичний показник шкідливості характеризує здатність речовин змінювати органолептичні властивості води (смак, запах, колір тощо);

♦ загальносанітарний показник шкідливості характеризує вплив речовин їм

процеси природного самоочищення вод за рахунок біохімічних і хімічних рс акцій за участю природної мікрофлори;

♦ санітарно-токсикологічний показник характеризує шкідливу дію речовин ті організм людини;

♦ токсикологічний показник шкідливості характеризує токсичність речовин для живих організмів, які живуть у водному об'єкті (планктон тощо);

♦ рибогосподарський показник шкідливості характеризує вплив речовин на погіршення якості промислових риб.

Найменша з нешкідливих концентрацій за трьома (п'ятьма) показника­ми шкідливості приймається за ГДК із зазначенням лімітуючого показни­ка шкідливості.

Серед різноманітних впливів господарської діяльності людини на навколишнє середовище слід виділити проблему стічних вод, адже стічні води - це найбільш багатотоннажний відвід.

При проектуванні очисних споруд необхідно враховувати склад та вла­стивості виробничих стічних вод, норми водовідведення на одиницю про­дукцції, умови скидання стічних вод у природні водойми та місцеву каналізацію, а також необхідний ступінь їх очистки.

На властивості і кількість стічних вод, а також на вимоги до ступеня їх Очистки впливає схема промислового водопостачання. Розрізняють чоти­ри основних схеми промислового водопостачання: прямоточні; з послідов­ним використанням води; змішані; зворотні.

Найбільш екологічно безпечними є зворотні системи, які передбачають забір води з водного джерела, використання води у виробничому циклі, її частку (при необхідності) та повернення у виробничий цикл. Ефек­тивність зворотних систем характеризується такими основними парамет­рами:

• коефіцієнт раціонального використання води;

• досконалість системи водопостачання;

• коефіцієнт обігу.

Коефіцієнт раціонального використання води розраховують за формулою:

Q*_ЗАБ - кількість водозабору із джерела водозабезпечення, без врахування води, яка потрап­ляє з вихідною сировиною;

Q_СТ.В - кількість утворюваних стічних вод;

Q_ЗАБ - кількість водозабору із природного джерела.

Коефіцієнт обігу води у зворотній системі водопостачання розраховується за формулою:

Q_ОБ - кількість води в обігу підприємства;

Q_ЗАБ - кількість водозабору із джерела водозабезпечення.

Чим ближче до одиниці наближаються значення К_ВИК і К_ОБ, тим доскональною є схема зворотного водопостачання.

Передусім проведемо класифікацію стічних вод. Стічні води, які виводяться з території промислових підприємств, за своїм походженням мо­жуть бути поділені на три види:

♦ виробничі - використовуються в технологічному процесі виробництва або утворені при добуванні корисних копалин;

♦ побутові - стічні води санітарних вузлів виробничих приміщень та душових установок;

♦ атмосферні - дощові та від танутого снігу. Забруднені стічні води, які містять різноманітні домішки, за своїм хімічним складом поділяють на такі групи:

♦ забруднені переважно мінеральними домішками (стічні води металургійних, рудо- та вуглезбагачувальних галузей промисловості, заводів з виробництва мінеральних добрив, кислот тощо);

♦ забруднені переважно органічними домішками (стічні води підприємств харчової, целюлозно-паперової та мікробіологічної промисловості, заводів з виробництва пластичних мас, каучуку, гуми тощо);

♦ забруднені і мінеральними, і органічними домішками (стічні води підприємств нафтодобувної, нафтопереробної, нафтохімічної, тек стильної, легкої, фармацевтичної промисловості, заводів по виробництву консервів, цукру тощо).

Виробничі стічні води за концентрацією забруднюючих речовин по­діляють на чотири групи:

I група - води, які містять від 0 до 500 мг/дм³ забруднюючих речовин;

II група - води, які містять від 500 до 5000 мг/дм³ забруднюючих речовин;

III група - води, які містять від 5000 до 30000 мг/дм³ забруднюючих речовин.

IV група — води, які містять понад 30000 мг/дм³ забруднюючих речовин.

За ступенем агресивності стічні води поділяють на:

• слабоагресивні (слабокислі з рН 6,0-6,5 та слаболужні з рН 8,0-9,0);

• сильноагресивні (кислі з рН <6,0 та лужні з рН > 9,0);

• неагресивні ( води з рН 6,5-8,0).

Для розробки раціональної схеми водовідведення та оцінки можливого вторинного використання води, вивчають їх склад та режими водовідве дення, у тому числі режими скидання стічних вод у природні водойми або міську каналізацію

Необхідний ступінь очистки стічних вод перед їх скиданням у природні водойми визначається за наступною схемою:

1) за допустимим вмістом шкідливих речовин в стоках С (максимальний вміст). Необхідно дотримуватись виконання такої умови:

Сст · Vст + Св · (а · V· + Vст) < С_ГДК,

де: Vст - загальний об'єм стоків;

С_в — концентрація шкідливих речовин у водоймі (фонова);

а - коефіцієнт змішування;

V - об'єм води, що бере участь у змішуванні;

С_гдк - гранично допустима концентрація шкідливих речовин у водах.

Ступінь очищення або розведення к_шр визначають за формулою:

k_IIIP = ([Сф - Сст] · 100) / Сф

де: С_ф - фактична концентрація шкідливих речовин в стічній воді.

2) за допустимою кількістю завислих часток у стоках т_ст (максимальна кількість). Необхідно дотримуватись виконання такої умови:

m_СТ · Vст + m_В · а · V ≤ (аґV + Vст) m_ДОП

де: Vст - загальний об'єм стоків;

m_В - кількість завислих часток у водоймі (фонова);

а - коефіцієнт змішування;

V - об'єм води, що бере участь у змішуванні;

m_ДОП - допустима кількість завислих часток у водах.

Ступінь очищення або розведення к_зч визначають за формулою:

к_зч = ([m_ф - m_ст]х100)/ m_ф,

де: m_ф - фактична кількість завислих часток в стічній воді.

3) за допустимим біохімічним споживанням кисню у стоках Lст (максимальне споживання). Необхідне виконання такої умови:

Lст · 10^-Кстrt · Vст + Lв· 10^-Кстrt · а· V ≤ (аV + Vст) Lдоп,

де: Lв, Lдоп - відповідно біохімічне споживання кисню у воді водойми та допустиме споживання кисню у водах;

t - час змішування;

Кст, Кв - константи швидкості біохімічного споживання кисню в стоках та у воді водойми

(фонова)

Ступінь очищення К_БПК визначають за формулою:

К_БПК = ([L_ф-L_ст]х100)/ L_ф,

де:

L_ф - фактичне біохімічне споживання оксигену в стічній воді.

4) за допустимою температурою стоків Т_ст. Необхідно дотримуватись вико­нання такої умови:

Тст · Vст + Тв · а· V ≤ (аV + Vст) Тдоп,

де:

Vст - загальний об'єм стоків;

Тв - температура води у водойм;

а - коефіцієнт змішування;

V - о6'єм води, що бере участь у змішуванні;

Тдоп - максимально допустиме підвищення температури води. Тдоп = Тв + 3 ^ОС

Ступінь охолодження стічної води к перед скиданням в природні во­дойми визначають за формулою:

к_т = ([Т_ф-Т_cт]х100)/Т_ф,

де: Т_ф - фактична температура стічної води.

5) за зміною активної реакції води та за концентрацією кислот та лугів С_ст,. Необхідно дотримуватись виконання такої умови:

С^к_ст = (а· V · С_к)/ V _ст

С^л_ст = (а· V · С_л)/ V _ст ,

де:С_К, С_л - максимальна кількість кислот та лугів у 1 см³ нормального розчину, яка може бути нейтралізована 1 дм³ води за умови, що в розрахунковому розчині рН не буде перевищу вати норму.

Кратність розведення стічної води к_к перед скиданням у водоймища:

к_в = ([рН_ф – рН_ст] · 100 /рН_ф,

де: рН_ф, рН_ст - значення водневого показника у стоках, відповідно фактичне та максимально допустиме.

Перевірка стоків перед їх скиданням у природні водойми здійснюється за всіма зазначеними показниками.

У більшості випадків, при спуску виробничих стічних вод (які містять декілька різноманітних забруднень) у водойми в розрахункових зонах слід дотримуватись умови:

С₁/ГДК₁ + С₂/ГДК₂ + ... + Сn/ГДКn < 1,

де С₁, С₂...Сn - фактична концентрація шкідливих речовин у воді водойм (мг/дм³);

ГДК₁, ГДК₂ ...ГДКn - гранично допустима концентрація цих речовий у водах (мг/дм³).

Місце спуску стічних вод у річки має бути розташоване за течією поза

населеним пунктом і місцями водокористування населення з врахуванням можливої зворотної течії при нагінних вітрах. Умови відвс дення стічних вод у водні об'єкти встановлюються з врахуванням мож ливого їх змішування та розведення, фонової якості води, нормативів її якості.

Виробничі стічні води, які не відповідають вимогам нормативів якості, повинні підлягати попередньому очищенню. Очищення стічних вод на підприємствах може здійснюватись за од­нією із таких схем:

• очищення стічних вод на заводських очисних спорудах;

• попереднє очищення стічних вод на заводських, а потім на міських очис­них спорудах з подальшим спусканням їх у водойми;

• безперервне очищення вод на локальних очисних спорудах та повернення їх в цикл.

Вибір методів очистки і підготовки стічних вод проводять з врахуванням стану води та вимог, які ставляться до її якості споживачі. Методи очистки стічних вод класифікуються на основі характеру впливу на воду і на основі механізмів процесів, які використовуються для очистки. В більшості випадків поєднують декілька методів очистки стічних вод, що дозволяє забезпечити необхідний ступінь їх очистки. Найпоширенішими методи очистки стічних вод наведено в таблиці. Як видно з таблиці, вибір методу очистки (його доцільність) визначається як характером забруднюючих речовин, так і їх кількістю.

Концентрація забруднюючих речовин, мг/дм3	Методи очистки вод, які містять забруднюючі речовини
	переважно органічні, з t°, кип			неорганічні
	< 120°С	120-250°С	> 250°С
1-500	біохімічний, сорбційний	хімічний	хімічний, сорбційний	механічний, хімічний, сорбційний
500-5000	хімічний, сорбційний	хімічний, сорбційнийекстракція,	сорбційний	механічний, сорбційний, випарю­вання
	рідинношарове окислення, спалювання в печах
5000-30000	хімічний, екстракція, рідинношарове окислення з біохімічною доочисткою, спалювання в печах			механічний, випарюван­ня, скидання в море, поховання в землю
> 30000	екстракція, рідинношарове окислення, спалювання в печах			те ж саме

Важливим є розрахунок витрат стічних вод (Q_ДОБ, м³/добу; g_MAX дм³/с), які подаються на очисні споруди. Це дозволяє раціо­нально підбирати методи і апарати очистки стічних вод, що за безпечує належну якість очистки. Розрахунки проводять за формулами:

Q_ДОБ = НхМ;

N - норма водовідведення на одиницю продукції або переробленої сировини, м³;

М, М_MAX - кількість продукції або переробленої сировини при максимальній виробці відповідно за добу і зміну;

Т - кількість робочих годин у варті;

К_г - коефіцієнт годинникової нерівномірності.

Методи очистки стічних вод

За характером впливу на воду, методи очистки стічних вод поді ють на механічні, фізико-хі-мічні, хімічні, електрохімічні, біохімі-, та термічні (в т.ч. термоокислювальні). У всіх випадках, першою ст дією очистки є механічна очистка. Вибір інших методів очистки стічних вод

залежить від вимог до очищеної води і характеру забруд­нюючих речовин.

Механічна очистка стічних вод

Промислові (та побутові) стічні води містять розчинні та нерозчинні (завислі) речовини. Завислі домішки (тверді та рідкі) утворюють з водою дисперсні системи, які поділяють на грубодисперсні системи з розмірами часток >0,1 мм (суспензії та емульсії), тонкодисперсні системи з розміра­ми часток 0,1-0,00001 мм і колоїдні розчини (розмір частинок <10⁵ мм аж до істинних розчинів). Завданням механічної очистки є видалення із стічних вод нерозчин­них органічних і неорганічних домішок, які видаляють шляхом гідромеханічного проціджування, відстоювання, фільтрування та центрифу­гування.

Механічну очистку використовують в тих випадках, коли після неї вода може бути знову використана у виробничому процесі або за своїми показниками придатна для скидання у природні водойми. Механічна очистка також використовують з метою підготовки води до більш глибокої очистки води іншими методами.

Механічна очистка стічних вод забезпечує видалення завислих части­нок до 90-95% та зниження кількості органічних забруднень (за показником БПК до 20-25%). Механічне очищення здійснюється одним із таких методів:

• подрібнення великих за розміром забруднень у менші за допомогою механіч­них пристроїв;

• відстоювання забруднень зі стоків за допомогою пісковловлювачів та інших відстійників;

• розділення води та забруднювачів за допомогою центрифуг і гідроциклонів;

• усереднення стоків чистою водою з метою зниження концентрації шкідли­вих речовин та домішок до рівня, при якому стоки можна скидати у водойми або в каналізацію;

• вилучення механічних домішок за допомогою елеваторів, решіток, скребків та інших пристроїв;

• фільтрування стоків через сітки, сита, спеціальні фільтри, а найчастіше -шляхом пропускання їх через пісок, тощо.

Вибір методу механічної очистки стічних вод залежить від розміру частинок, властивостей та концентрації забруднюючих речовин, витрат стічних вод та необхідного ступеня їх очистки

Проціджування. Стічні води проціджують через решітки і сита з метою вилучення з них грубих частинок (15-20 мм) для запобігання захаращення каналів та трубопроводів.

Гратки можуть бути як рухливими, так і нерухливими. Вони ви­користовуються для видалення найбільш грубих частинок. Іноді, якщо в системі наявні тверді включення значних розмірів, решітки з'єднують з дробарками, для подрібнення твердих включень, і такі агрегати називають комінуторами. Як видно з малюнку, при проціджуванні стіч­ної води через решітку,

тверді включення затри муються решіткою, захоплюють-ся граблями і за рахунок руху нескінченного ланцюга виносяться на поверхню.(І - решітка; 2 - ланцюг; 3 – граблі)

Пропускна здатність решіток знаходиться в ме­жах 12-280 м³/год, а швидкість руху води між стержнями не повинна перевищувати 0,8-1,0 м/с.