Орієнтовна шкала оцінки забруднення водних систем

Рівень забруднення	Zc токсичних елементів у донних відкладеннях	Вміст токсичних елементів у воді
слабкий	10	Слабо підвищений щодо фону
середній	10-30	Підвищений щодо фону, епізодичне перевищення ГДК
сильний	30-100	У багато разів вище фону, стабільне перевищення окремими елементами рівнів ГДК
дуже сильний	100	Практично постійна присутність багатьох елементів в концентраціях вище ГДК

Примітка. Z_c - сумарний показник забруднення, визначається так само як і для грунтів.

Водозахисні зони і прибережні захисні смуги. Водозахисними зонами є території, які примикають до берегової лінії морів, річок, струмків, каналів, озер, водосховищ і на яких встановлюється спеціальний режим здійснення господарської і іншої діяльності в цілях запобігання забрудненню, засміченню, замулюванню вказаних водних об'єктів і виснаження їх вод, а також збереженню місця існування водних біологічних ресурсів і інших об'єктів тваринного і рослинного світу.

У межах водозахисних зон встановлюються прибережні захисні смуги, на територіях яких вводяться додаткові обмеження господарською і іншій діяльності.

За межами територій міст і інших населених пунктів ширина водозахисної зони річок, струмків, каналів, озер, водосховищ і ширина їх прибережної захисної смуги встановлюються від відповідної берегової лінії, а ширина водозахисної зони морів і ширина їх прибережної захисної смуги - від лінії максимального приливу. За наявності зливової каналізації і набережних межі прибережних захисних смуг цих водних об'єктів співпадають з парапетами набережних, ширина водозахисної зони на таких територіях встановлюється від парапету набережної. У межах водозахисних зон забороняються:

1) використання стічних вод для добрива грунтів;

2) розміщення кладовищ, скотомогильників, місць поховання відходів виробництва і споживання, радіоактивних, хімічних, вибухових, токсичних, отруйних і отруйних речовин;

3) здійснення авіаційних заходів по боротьбі з шкідниками і хворобами рослин;

4) рух і стоянка транспортних засобів(окрім спеціальних транспортних засобів), за винятком їх руху по дорогах і стоянки на дорогах і в спеціально обладнаних місцях, що мають тверде покриття.

Ширина водозахисної зони річок або струмків встановлюється від їх витоку для річок або струмків протяжністю:

1) до десяти кілометрів - у розмірі п'ятдесяти метрів;

2) від десяти до п'ятдесяти кілометрів - у розмірі ста метрів;

3) від п'ятдесяти кілометрів і більше - у розмірі двохсот метрів.

Для річки, струмка протяжністю менше десяти кілометрів від витоку до гирла водозахисна зона співпадає з прибережною захисною смугою. Радіус водозахисної зони для витоків річки, струмка встановлюється у розмірі п'ятдесяти метрів.

Ширина водозахисної зони озера, водосховища, за винятком озера, розташованого усередині болота, або озера, водосховища з акваторією менш 0,5 квадратного кілометра, встановлюється у розмірі п'ятдесяти метрів. Ширина водозахисної зони водосховища, розташованого на потоці, встановлюється рівній ширині водозахисної зони цього потоку.

Водне законодавство і видані відповідно до нього нормативні правові акти грунтуються на наступних принципах:

1. Значущість водних об'єктів в якості основи життя і діяльності людини. Регулювання водних стосунків здійснюється виходячи з уявлення про водний об'єкт як про найважливішу складову частину довкілля, місце існування об'єктів тваринного і рослинного світу, у тому числі водних біологічних ресурсів, як про природний ресурс, використовуваний людиною для особистих і побутових потреб, здійснення господарської і іншої діяльності, і одночасно як про об'єкт права власності і інших прав.

2. Пріоритет охорони водних об'єктів перед їх використанням. Використання водних об'єктів не повинне впливати негативно на довкілля.

3. Збереження водних об'єктів, що особливо охороняються, обмеження або заборона використання яких встановлюється федеральними законами.

4. Цільове використання водних об'єктів. Водні об'єкти можуть використовуватися для однієї або декількох цілей.

5. Пріоритет використання водних об'єктів для цілей питного і господарчо-побутового водопостачання перед іншими цілями їх використання. Надання їх в користування для інших цілей допускається тільки за наявності достатніх водних ресурсів.

6. Участь громадян, громадських об'єднань у вирішенні питань, що стосуються прав на водні об'єкти, а також їх обов'язків по охороні водних об'єктів. Громадяни, громадські об'єднання мають право брати участь в підготовці рішень, реалізація яких може зробити дію на водні об'єкти при їх використанні і охороні. Органи державної влади, органи місцевого самоврядування, суб'єкти господарської і іншій діяльності зобов'язані забезпечити можливість такої участі в порядку і у формах, які встановлені законодавством.

7. Рівний доступ фізичних осіб, юридичних осіб до придбання права користування водними об'єктами, за винятком випадків, передбачених водним законодавством.

8. Рівний доступ фізичних осіб, юридичних осіб до придбання у власність водних об'єктів, які відповідно до справжнього Кодексу можуть знаходитися у власності фізичних осіб або юридичних осіб.

9. Регулювання водних стосунків : у межах басейнових округів(басейновий підхід); залежно від особливостей режиму водних об'єктів, їх фізико-географічних, морфометричних і інших особливостей; виходячи зі взаємозв'язку водних об'єктів і гідротехнічних споруд, що утворюють водогосподарську систему.

10) Гласність здійснення водокористування. Рішення про надання водних об'єктів в користування і договори водокористування мають бути доступні будь-якій особі, за винятком інформації, віднесеної законодавством до категорії обмеженого доступу.

11. Комплексне використання водних об'єктів. Використання водних об'єктів може здійснюватися одним або декількома водокористувачами.

12. Платність використання водних об'єктів. Користування водними об'єктами здійснюється за плату, за винятком випадків, встановлених законодавством.

13. Економічне стимулювання охорони водних об'єктів. При визначенні плати за користування водними об'єктами враховуються витрати водокористувачів на заходи по охороні водних об'єктів.

Для водних об'єктів певної території складаються схеми комплексного використання і охорони водних об'єктів. Схеми включають систематизовані матеріали про стан водних об'єктів і про їх використання і є основою здійснення водогосподарських заходів і заходів по охороні водних об'єктів, розташованих у межах річкових басейнів.

Схеми комплексного використання і охорони водних об'єктів розробляються в цілях:

1) визначення допустимого антропогенного навантаження на водні об'єкти;

2) визначення потреб у водних ресурсах в перспективі;

3) забезпечення охорони водних об'єктів;

4) визначення основних напрямів діяльності по запобіганню негативній дії вод.

Фізичні особи, юридичні особи придбавають право користування поверхневими водними об'єктами по підставах і в порядку, встановлених законодавством.

Фізичні особи, юридичні особи придбавають право користування підземними водними об'єктами по підставах і в порядку, які встановлені законодавством про надра.

На підставі договорів водокористування, надаються в користування:

1) для огорожі(вилучення) водних ресурсів з поверхневих водних об'єктів;

2) використання акваторії водних об'єктів, у тому числі для рекреаційних цілей;

3) використання водних об'єктів без огорожі(вилучення) водних ресурсів для цілей виробництва електричної енергії.

Договором водокористування передбачається плата за користування водним об'єктом або його частиною.

Плата за користування водними об'єктами встановлюється на основі наступних принципів:

1) стимулювання економного використання водних ресурсів, а також охорона водних об'єктів;

2) диференціація ставок плати за користування водними об'єктами залежно від річкового басейну;

3) рівномірність вступу плати за користування водними об'єктами впродовж календарного року.

Для використання водних об'єктів в інших цілях укладення договорів водокористування не вимагається.

Сторони договору водокористування несуть відповідальність за невиконання або неналежне виконання своїх зобов'язань за договором водокористування відповідно до цивільного законодавства.

Стічні води підприємств і населених пунктів.Стічні води - це води з хімічним складом, що змінився, і хімічними властивостями в результаті їх використання на побутові або виробничі потреби. Стічні води бувають трьох видів: побутові, поверхневі і виробничі.

Побутові стічні води утворюються при експлуатації душових, лазень, туалетів, пралень, їдалень і так далі

Поверхневі стічні води утворюються в результаті змивання дощовою, талою і поливною водою домішок, що скупчуються на дорогах, територіях, дахах і стінах будівель.

Виробничі стічні води утворюються в результаті використання води в технологічних цілях.

Усі забруднення, що поступають в стічні води, умовно ділять на декілька груп. По фізичному стану виділяють нерозчинні, колоїдні і розчинні. По виду забруднення діляться на мінеральні, органічні, бактерійні і біологічні.

Засоби захисту гідросфери. Класифікація основних методів очищення стічних вод представлена на рис. 3.3.

Вибір конкретного методу залежить від виду і концентрації забруднюючої речовини в стоці і від необхідної міри очищення. На практиці при великій кількості забрудників стічних водах комбінують різні види очищення, домагаючись відповідної чистоти води. Розглянемо найбільш поширені методи очищення.

Рис. 3.3. Методи очищення стічних вод

Механічне очищення. Механічне очищення застосовують для виділення із стічних вод нерозчинних мінеральних і органічних домішок.

Проціджування - первинна стадія очищення, призначена для виділення із стічних вод великих нерозчинних домішок розміром до 25 мм і легких волокнистих забруднень. Проціджування здійснюється пропусканням води через грати і волокновловлювачі.

Фільтрування стічних вод призначене для очищення їх від тонкодисперсних твердих домішок з невеликою концентрацією. Процес фільтрування застосовується також після фізико-хімічних і біологічних методів очищення, оскільки деякі з цих методів супроводжуються виділенням в рідину механічних забруднень, що очищається. Приклад конструкції багатошарового каркасно-насипного фільтру наведений на мал. 9.

Відстоювання грунтоване на вільному осіданні домішок, якщо щільність їх більше щільності води, або спливанні, якщо щільність домішок менше щільності води. Цей метод використовують для очищення стічних вод від твердих часток розміром менше 0,25 мм, а також нафтопродуктів.

П роцес відстоювання реалізують в пісколовках, відстійниках і жировловлювачах. При прямолінійному русі стічної води, що поступає в пісколовку через вхідний патрубок, тверді частки скупчуються в шламозбірнику на дні пісколовки, а очищена стічна вода через вихідний патрубок спрямовується для подальшої обробки.

Рис. 3.4. Схема каркасно-насипного фільтру :

1 – підтримувальний шар гравію; 2 - перфороване днище;

3 – колектор підведення води, що очищається; 4 - труба подання стислого повітря;

5 – гравій; 6 - пісок; 7 - труба подання води; 8 - відведення очищеної води

Відцентрове відділення. Відділення твердих домішок великих об'ємів стічних вод в полі дії відцентрових сил здійснюється в гідроциклонах і центрифугах. Принцип їх дії грунтований на тому, що при закручуванні потоку стічної води тверді частки відкидаються до стінок і стікають в шламозбірник. Центрифуги застосовують в хімічній, нафтопереробній і целюлозно-паперовій промисловості. У практиці очищення стічних вод машинобудівних підприємств їх застосовують рідко.

Фізико-хімічне очищення. Фізико-хімічні методи використовують для очищення стічних вод в основному від розчинених домішок, а в деяких випадках і від зважених речовин.

Флотація - метод очищення стічних вод, що полягає в інтенсифікації процесу спливання маслопродуктів, волокнистих матеріалів при обволіканні їх часток бульбашками повітря, що подається в стічну воду. У основі цього процесу лежить молекулярне злипання часток забруднюючої речовини і бульбашок тонкодисперсированного у воді повітря.

Залежно від способу утворення бульбашок повітря розрізняють декілька видів флотації: напірну, пневматичну, пінну, хімічну, вібраційну, біологічну, електрофлотацію та ін.

Сорбція є одним з найбільш ефективних методів глибокого очищення від розчинених органічних речовин за рахунок поглинання речовини твердим тілом або рідиною. Поглинаюче тіло називається сорбентом, а що поглинається - сорбатом. Розрізняють поглинання речовини усією масою рідкого сорбенту (абсорбція) і поверхневим шаром сорбенту(адсорбція). В якості сорбентів використовують практично будь-які дрібнодисперсні речовини: золу, торф, тирсу, шлаки, глину, активоване вугілля.

Екстракція. Метод використовується при відносно високому вмісті у виробничих стічних водах розчинених органічних речовин, що представляють технічну цінність, наприклад, фенолів, рідких кислот.

Екстракція - процес перерозподілу домішок стічних вод в суміші двох взаємно не розчинних рідин, безпосередньо в стічній воді і в екстрагенті. Так, наприклад, для очищення стічних вод від аніліну в якості екстрагента використовують бутилацетат і толуол. Сконцентрована в екстрагенті речовина відділяється від розчинника і може бути утилізована. Екстрагент після відділення речовини, що екстрагується, знову використовується в технологічному процесі очищення.

Коагуляція. В процесі механічного очищення із стічних вод видаляються частки розміром 10 мкм і більше; дрібнодисперсні (0,1-10 мкм) і колоїдні частки(0,001-0,1 мкм) в результаті механічного очищення практично не віддаляються, а стічні води є агрегативно-стійкою системою. Коагуляція - це списання часток колоїдної системи при їх зіткненнях в процесі теплового руху, перемішування або спрямованого переміщення в зовнішньому силовому полі.

В результаті коагуляції утворюються більші частки, які видаляються із стічних вод механічним способом. При коагуляції пластівці утворюються спочатку за рахунок частини зважених часток і коагулянта або тільки коагулянта. В якості коагулянтів використовують солі алюмінію, заліза, магнію, вапно.

Флокуляція є одним з видів коагуляція, при якому для інтенсифікації процесів коагуляції і осадження пластівців, що утворюються, широко використовується реагенти - високомолекулярні речовини(флокулянти). В якості флокулянтів використовують крохмаль, полівініловий спирт, кремнієву кислоту, поліетілежимін, поліакриламід, білки та ін.

Хімічне очищення. Іонний обмін. Очищення виробничих стічних вод методом іонного обміну дозволяє витягати і утилізувати цінні домішки, такі як з'єднання миш'яку, фосфор, хром, цинк, свинець, мідь, ртуть, радіоактивні речовини. Для іонообмінного очищення стічних вод використовують іоніти - синтетичні іонообмінні смоли, вживані у вигляді гранул розміром 0,2-2 мм. Іоніти практично нерозчинні у воді і мають рухливі іони(катіони або аніони), які вступають в реакцію обміну з іонами того ж знаку, що містяться в стічній воді, що пропускається через фільтр з іонітом.

Нейтралізація. Метод використовують для нейтралізації стічних вод, що містять мінеральні кислоти або луги перед скиданням їх у водойми або перед використанням в технологічних процесах. Нейтралізацію проводять різними способами: змішенням кислих і лужних стічних вод, додаванням реагентів, фільтруванням кислих вод через нейтралізуючі матеріали, абсорбцією кислих газів лужними водами або аміаку кислими водами. Вибір конкретного чину нейтралізації залежить від об'єму і концентрації стічних вод, від режиму їх вступу, наявності і вартості реагентів.

Окислення застосовують для знешкодження виробничих стічних вод, що містять токсичні домішки : ціаніди, комплексні ціаніди міді, кадмію, цинку, фториди, хром. Очищення зводиться до перетворення цих високотоксичних з'єднань на малотоксичні продукти, в деяких випадках - і до їх повного видалення з води. У практиці знешкодження в якості окисників використовують хлор, гіпохлорид кальцію, гіпохлорид натрію, хлорне вапно, діоксид хлору, озон, технічний кисень і кисень повітря.

Біологічне очищення. Біологічне очищення стічних вод застосовується для виділення з них тонкодисперсних і розчинених органічних речовин і грунтована на здатності мікроорганізмів використати для живлення органічні речовини, що містяться в стічних водах.

Процес реалізується в дві стадії: адсорбція із стічних вод домішок мікроорганізмами і руйнування адсорбованих речовин усередині клітин мікроорганізмів.

Біологічне очищення здійснюють в природних і штучних умовах. У природних спорудах очищення здійснюють на полях зрошування і у біологічних ставках. Суть біологічного очищення на полях зрошування полягає в тому, що при фільтруванні стічної води через шар грунту в ній адсорбуються зважені і колоїдні речовини, які з часом утворюють в порах грунту мікробіологічну плівку. Ця плівка адсорбує і окислює затримані органічні речовини, перетворюючи їх на мінеральні з'єднання.

Біологічні ставки застосовують як для очищення, так і для доочистки стоків, що пройшли біологічне очищення, причому останнє призначення їх має переважне поширення.

У окислювальних процесах істотну роль грає водна рослинність, яка сприяє зниженню кількості біогенних елементів і регулює кисневий режим водойми. Максимальна ефективність ставків досягається в літній час.

Розрізняють ставки з природною і штучною аерацією. Штучну аерацію здійснюють за допомогою механічних аераторів або шляхом продування повітря через товщу води. Для кращого прогрівання води, її освітлення і аерації ставки з природною аерацією влаштовують глибиною до одного метра, за наявності механічних аераторів глибину збільшують до трьох метрів.

Біологічне очищення стічних вод в штучних спорудах здійснюється у біологічних фільтрах, аеротенках і окситенках.

На рис. 3.5 представлений біологічний фільтр. Початкова стічна вода по трубопроводу 1 поступає у фільтр 2 і через водорозподільні пристрої 3 рівномірно розбризкується по площі фільтру. При розбризкуванні стічна вода поглинає частину кисню повітря. В процесі фільтрування через завантаження 4, в якості якої використовують шлак, щебінь, керамзит, пластмасу і тому подібне, на завантажувальному матеріалі утворюється біологічна плівка, мікроорганізми якої поглинають органічні речовини. Інтенсивність окислення органічних домішок в плівці істотно збільшується при поданні стислого повітря через трубопровід 5 і опорні грати 6 в напрямі, протилежному до фільтрування. Очищена від органічних домішок вода виводиться з фільтру через трубопровід 7.

Рис. 3.5. Схема біологічного фільтру :

1 – трубопровід; 2 - фільтр, 3 - водорозподільні пристрої, 4 - завантаження;

5 – повітряний трубопровід, 6 - опорні грати, 7 - випускний трубопровід

Аеротенки по конструкції аналогічні відстійникам, в які поміщають активний мул, мікроорганізми і подають стисле повітря, що забезпечує інтенсифікацію процесу окислення органічних домішок. Окситенки - спорудження біологічного очищення, аналогічні аеротенкам, в яких замість повітря використовується технічний кисень або в повітря, збагачене киснем, що істотно інтенсифікує процеси окислення.

Обробка та утилізація осадів стічних вод. З великою часткою ймовірності можна стверджувати, що в даний час технологічну та економічну складність представляє не очистка стічних вод, а проблеми обробки та утилізації їх твердої фази. Кількість утворюваної твердої фази на очисних спорудах залежить від складу і витрати стічних вод, методу очищення і становить 0,01-3% від їх обсягу. Вологість твердої фази коливається від 85% (підприємства будіндустрії) до 99,8% (активний мул).

Основні завдання обробки осадів стічних вод - зневоднення, знезаражування, утилізація.

Залежно від зольності осади можуть бути трьох видів:

1) переважно мінеральні (зольність понад 70%);

2) переважно органічні (зольність менше 30%);

3) змішані (зольність 30-70%).

Здатність до зневоднення, до розриву зв'язків води з частинками твердої фази, характеризується питомим опором осаду, величина якого коливається в широких межах і становить (1-8000)•10¹⁰см/г. Практикою встановлено, що при величині питомого опору менше 60•10¹⁰см/г опади мають гарну вологовіддача і можуть бути зневоднені на найпростіших спорудах (по типу мулових майданчиків). Такі мінеральні опади, що мають в основному вільну і іммобілізованих форми зв'язку з водою.

Для розриву зв'язків частинок твердої фази з рідиною в немінеральних опадах застосовується попередня підготовка опадів - кондиціонування, в результаті якого питомий опір знижується до 60•10¹⁰см/г. До методів кондиціонування відносяться реагентне (коагулянти - вапно, флокулянти), фулкохімічне (автоклавування, заморожування, інфрачервоне, ультрафіолетове, ультразвукове опромінення, рідкофазне окислення).

Після кондиціонування і подальшого ущільнення осади піддають власне зневодненню. Як вже зазначалося раніше, найбільш поширений спосіб зневоднення осадів на мулових майданчиках має і найбільші недоліки: необхідність великих площ внаслідок малих гідравлічних навантажень, шкідливі виділення в атмосферу, осади, небезпечні в санітарному відношенні (яйця гельмінтів, патогенна мікрофлора).

Позбавлені зазначених недоліків механічні методи зневоднення осадів (центрифуги, вакуум-фільтри, фільтр-преси) з подальшим їх сушінням. Технологічні параметри процесу й опис апаратів для зневоднення опадів приведені в спеціальній літературі. Слід зазначити, що після мехобезводнення вологість осадів становить 50-90%, а це означає, що їх обсяг зменшується в 12-20 разів. При сушінні вологість осадів знижується до 30-35% і вони непатогенні.

Великі обсяги осадів утворюються і накопичуються (особливо на станціях очищення міських стічних вод) та створюють серйозну проблему їх утилізації. На першому етапі з метою більш повного використання органічної речовини і зменшення забруднення природного середовища найбільш доцільним є анаеробне зброджування сирих осадів та надлишкових мулів, біоплівки очисних споруд в мегатенках (або анаеробних біофільтрах) з отриманням біогазу, що складається в середньому на 65% з метану, 33% вуглекислого газу і 2% водню, азоту, сірководню і кисню. Кількість газу, що утворюється при зброджуванні суміші сирого осаду та надлишкового активного мулу, становить 8-15м³ на 1м³ завантаженої суміші. Біогаз накопичують в газгольдерах і застосовують для побутових і промислових цілей. На жаль, в країні є одиниці таких очисних споруд, де організовано промислове використання газу, в основному він скидається або спалюється на «свічку», забруднюючи атмосферу. У розвинених країнах з біогазу газогенераторними двигунами виробляється електроенергія в кількостях, що перевищують потреби очисної станції. Одночасно з осадами там ведуть біотрансформацію рослинних відходів.

Другий етап утилізації осадів, органічних і змішаних після зброджування, передбачає подальше використання їх, наприклад, в якості добрив, оскільки за вмістом вуглецю, фосфору, азоту, калію вони близькі до гною великої рогатої худоби. Однак, враховуючи наявність в осадах важких металів, нормативних рекомендацій санітарних органів на використання опадів як добрива при виробництві сільгосппродукції немає. Є дозвіл санорганів на їх використання в якості добрив для рослин паркових зон і декоративних культур. Одним з можливих шляхів доведення вмісту важких металів в осадах є «розбавлення» їх шляхом компостування в суміші з твердими побутовими відходами, торфом, опадом листя, соломою і т. д. та наступного внесення в якості добрив після відповідної санітарно -токсикологічної перевірки.

Досить перспективною може бути технологія переробки отриманих компостів за допомогою гібридів червоного каліфорнійського хробака (вермікультуванє) та отримання біологічного добрива - біогумусу. На жаль, у нашій країні ця технологія знаходиться в стадії освоєння, а із застосуванням осадів хозпобутових стоків - ще не вийшла з лабораторій.

Вторинна переробка й утилізація шламів виробничих стічних вод в кожному конкретному випадку являє власне завдання, яка повинна вирішуватися із залученням фахівців-матеріалознавців, технологів і обов'язково гігієністів. Якщо шлами використовуються за новим технологічним призначенням, обов'язкова перевірка продукції на токсичність (та інші санітарні показники в залежності від складу шламу).

За фізичним станом шлами промстоків, що утворюються можуть бути тверді, пастоподібні і рідкі, а за токсичністю поділяються на 4 класи:

1-надзвичайно небезпечні, II-високонебезпечні, III-помірнонебезпечні, IV-малонебезпечні. Віднесення шламів до класу небезпеки проводиться органами саннагляду і представляється розробникам техпроцесів або промпідприємств, постачальникам відходів.

Мінеральні шлами IV класу небезпеки рекомендується використовувати в будівельній індустрії, металургійному виробництві. Інші шлами підлягають знешкодженню і захороненню на полігонах токсичних промислових відходів з попередніми заповненням опитувального листа на відходи, з узгодженням його з органами охорони природи.

Слід зазначити, що вивезення токсичних шламів на полігони твердих побутових відходів (сміттєві звалища) неприпустимий, оскільки з часом відбувається міграція елементів у грунтові води через кислі анаеробні процеси, що відбуваються в тілі звалища і випадання кислих дощів. Доказом цьому можуть служити результати наших спостережень за складом грунтових вод в районі трьох звалищ міських відходів: концентрації міді, цинку, нікелю, заліза складали 0,1-1г/л, а органічних речовин - до 2г/л.