Осадок сточных вод

Удобрение осадками

Превращение неплодородных почв в плодородные

Активный ил как кормовой продукт

Использование в жировой промышленности

песчаных

торфяных

Применение в строительной промышленности и дорожных работах

«белвитамил»

смесь кормовых дрожжей с активным илом

Использование в химической промышленности

смеси по линии комбикормового производства

Использование газа метантенков

изготовление мыла

изготовление технических жиров и смазок

заполнители керамзита и др. материалов

трубы изоляционные

связующие материалы для дорожных работ

витамин В₁₂

белковые вещества

аминокислоты

продукты сухой перегонки

тепловая механическая и электрическая энергия, заменитель бензина, сухой лёд, пластмассы, четырехлористый углерод

сухими (вл.25-10%)

обезвоженными (вл.80-60%)

жидкими(вл.99,5-93,0%)

получение полезных материалов из шлаков

Рис. 8. Схема утилизации осадков сточных вод.

8.4.2. Последствия загрязнения бытовыми сточными водами. Эвтрофикация.

Очень важное последствие бытового загрязнения вытекает из того, что недостаточно очищенные сточные воды, кроме большого количества органических веществ, несут и много биогенных элементов. Результатом этого становится антропогенное эвтрофирование²⁷ водоемов и водотоков.

Эвтрофирование - нарушение баланса питательных веществ водной экосистемы, ведущее к изменению ее трофического статуса.

Главными агентами эвтрофирования могут выступать соединения азота и фосфора, главным образом, в виде нитратов и фосфатов.

В конце 1960-х было широко распространено убеждение о загрязнении рек, озер и подземных вод нитратами из бытовых сточных вод, сточных вод животноводческих комплексов и, особенно, возделываемых полей.

Наибольшие опасения вызывал тот факт, что высокое содержание нитратов в воде может вызвать заболевания. Например, метгемоглобинемию, или синдром «blue-baby» – у детей младше 6 мес. Заболевание это чрезвычайно редкое, но между 1945 и 1960 в мире было зарегистрировано 2000 его случаев. В США погиб 41 младенец, в Европе – 80. Нитраты подозревались и в том, что они могут реагировать с аминами и амидами с образованием канцерогенов: нитрозаминов и нитрозамидов. Экспериментальные исследования сняли эти подозрения (Allaby, 2000).

Главной угрозой, которую представляют нитраты для окружающей среды, является эвтрофирование водоемов.

Источники поступления агентов эвтрофирования:

• естественное вымывание питательных веществ из почвы и выветривание пород.

• сбросы частично очищенных или неочищенных бытовых сточных вод, содержащих органические соединения азота и фосфора, нитраты и фосфаты.

• смыв неорганических удобрений, содержащих нитраты и фосфаты.

• смыв с ферм навоза, содержащего органические соединения азота и фосфора, нитраты, фосфаты, и аммиак.

• смывы с нарушенных территорий (шахты, отвалы, стройки, неправильное использование земель).

• сбросы детергентов, содержащих фосфаты.

• поступление нитратов из атмосферы.

Еще в 1915 г. Тинеманн предложил различать по трофности (от «трофе», гр. – питание) эвтрофные («хорошо питающиеся», «тучные») и олиготрофные («недостаточно питающиеся») водоёмы.

Классификация оказалась очень удачной, естественной и применяется, в несколько модифицированном виде (добавлены гиперэвтрофные, мезотрофные, ультраолиготрофные, дистрофные водные объекты), по настоящее время.

Дистрофные (гр. trophe - пища, dys - отсутствие, отрицание) водоемы характеризуются превышением скорости деструкции орга­нических веществ над скоростью фотосинтеза.

Олиготрофные (oligo - бедный) водоемы имеют сбалансиро­ванные скорости продукционно-деструкционных процессов.

В эвтрофных (eu - хороший, избыточный) водоемах на­блюдается цветение водорослей и накопление органических веществ, так как скорости продукции превышают скорости деструкции.

Между этими градациями выделяют промежуточные: ультра-олиготрофные - между дистрофными и олиготрофными и мезотрофные - между олиготрофными и эвтрофными. При антропогенном эвтрофировании скорость фотосинтеза резко увеличивается вследствие поступления в водоемы питательных веществ со сточными водами и поверхностным стоком.

Связь эвтрофирования водоемов с обогащением их фосфором и азотом вытекает из схемы балансового уравнения фотосинтеза:

^{солн.свет}

1 0СО₂ + 90 Н₂О + 16NO₃^- + PO₄^3- С₁₀₆Н₁₈₀N₁₆P + 154O₂ + Q_тепл

Согласно закону действующих масс при увеличении концент­рации азота и фосфора скорость прямой реакции, т. е. скорость фото­синтеза, возрастает, что и приводит к эвтрофированию.

Имеет значение также соотношение основных питательных элементов, используемых водорослями. Считается, что максимальная скорость роста достигается в воде, в которой соотношение углерода, азота и фосфора (С:N:Р) соответствует их атомно-массовому отно­шению в составе вещества водорослей. Для фитопланктона в среднем оно приближается к 106:16:1. Всякое отклонение отданного соотно­шения в окружающей среде говорит об изменении обеспеченности водорослей питательными веществами.

Роль фосфора в эвтрофировании заслуживает особого рас­смотрения в связи с тем, что он не содержится в атмосфере, а резерв­ный фонд его находится в земной коре. Долгое время именно фос­фор, как труднодоступный элемент, лимитировал эвтрофирование. Сейчас концентрация растворенных фосфатов в бытовых стоках воз­растает вследствие широкого применения фосфатсодержащих мою­щих средств. В природных водах растворенный неорганический фосфор (РНФ) присутствует преимущественно в виде различных продуктов диссоциации ортофосфорной кислоты Н₃РО₄.

Н ₃РО_{4 (водн)} Н₂РО₄ ^-_(водн) + Н⁺ _(водн)

Н ₂РО₄ ^-_(водн) + Н⁺ _(водн) НРО₄ ^2-_(водн) + 2Н⁺ _(водн)

Н РО₄ ^2-_(водн) + 2Н⁺ _(водн) РО₄ ^3-_(водн) + 3Н⁺ _(водн)

В почвах фосфор обычно удерживается в результате осаждения нерастворимых фосфатов кальция и железа, адсорбции на гидроксидах железа или адсорбции на частицах почвы. Таким образом, РНФ в реках возникает в основном из-за прямых поступлений, например, сточных вод. Поскольку в отложениях фосфор присутствует обычно в виде нерастворимого фосфата железа (III) (FеРO4), в восстанови­тельных условиях (например, таких, какие встречаются в отложени­ях, когда потребление кислорода превышает его поступление) РНФ может вернуться в столб воды при восстановлении железа (III) до железа (II).

Химия азота сложна, поскольку азот может присутствовать в нескольких окисленных состояниях, из которых N(0) — газ азот (N₂), N(3-) — аммоний (NH₄+) и N(5+) — нитрат (NO₃^-) являются наиболее важными. Газообразный азот, растворенный в речной воде, не может быть использован большинством высших растений и водорослей как источник азота, поскольку они не могут разорвать его сильную трой­ную связь. Существуют особые «азотфиксирующие» бактерии, ис­пользующие N₂, однако это энергетически невыгодный путь получе­ния азота. Следовательно, такие микроорганизмы получают пре­имущество только тогда, когда N₂ является единственным доступным источником азота. Тем не менее, наряду с фиксацией N₂ молниями азотфиксирующие микроорганизмы обеспечивают основной природ­ный источник азота в реках.

В биологических процессах азот используется в состоянии 3-, в основном в виде аминогрупп белков. Это окислительное состояние предпочтительно для поглощения водорослями, а также является формой, в которой азот высвобождается в процессе разложения ор­ганического вещества, в основном в виде NH₄+. Однажды попав в почвы или воды, NH₄+, будучи катионом, может быть адсорбирован на отрицательно заряженных пленках органического вещества, по­крывающих почвенные частицы или поверхностях глинистых мине­ралов. Аммоний потребляется также высшими растениями или водо­рослями или же окисляется до NO₃^-— этот процесс обычно катализи­руется бактериями.

В отличие от NH₄+,NO₃^- является анионом, который растворим и не удерживается в почвах. Поэтому NO₃^- дождевой воды или из удобрений, а также появляющийся в результате окисления почвенно­го органического вещества и отходов животных вымывается из почв в реки. Помимо биологической ассимиляции, денитрификация в сре­дах с низким содержанием кислорода является наиболее важным пу­тем, посредством которого нитраты удаляются из почв, рек и под­земных вод.

Другое важное питательное вещество, кремний, используется диатомеями (группа фитопланктона) для построения их экзо-скелета. Диатомеи способны к быстрому и обильному росту в богатых пита­тельными веществами условиях. В реках умеренных областей цвете­ние диатомовых водорослей происходит в начале года, поэтому уро­вень содержания кремния падает ранней весной с началом роста диа­томовых водорослей и вновь повышается летом, когда диатомеи вы­тесняются другими группами водорослей. Поскольку поступление кремния происходит в основном в результате реакций выветривания, его природно низкие концентрации могут сильно уменьшаться во время цветения диатомеи, до такой степени, что дальнейший их рост тормозится. Таким образом, кремний ограничивает разнообразие ви­дов, но не общую биомассу фитопланктона.

Эвтрофирование водоемов зависит не только от нагрузки на водоем биогенных веществ, но и от условий развития автотрофных гидробионтов, т. е. от климатических, гидродинамических и морфо­логических особенностей водоема. Лимитировать цветение при дос­таточной концентрации питательных веществ могут низкая темпе­ратура, недостаточная солнечная радиация, высокие скорости тече­ний, большая глубина, мутность воды и другие экологические факто­ры. Наиболее сильно эвтрофирование происходит в хорошо прогре­ваемых и освещаемых прибрежных мелководьях (Гусакова, 2004).

Хозяйственные последствия эвтрофирования. Обильная растительность может препятствовать движению воды и водного транспорта, вода может стать непригодной для питья даже после обработки, рекреационная ценность водоема может снизиться, могут исчезнуть коммерчески важные виды (такие как форель). Наконец, эвтрофирование приводит к вспышкам «цветения» (массового развития) водорослей. Цветение водорослей наносит двоякий ущерб водной системе. Во- первых, оно снижает освещенность, вызывая гибель водных растений. Тем самым нарушаются естественные местообитания многих гидробионтов. Во-вторых, при отмирании водорослей потребляется много кислорода, что может привести к тем же последствиям, что и прямое внесение органики в воду. В 1988, 1989 в восточном Северном море наблюдалась вспышка развития Chrysochromulina sp. в богатых биогенами водах, выносимых Рейном. При этом отмечены массовые заморы рыбы в шведских и норвежских водах.

Кроме обогащения воды легкоокисляемой органикой, приводящей к заморам, водоросли способны продуцировать и токсические вещества (альготоксины). Так, Alexandrium tamarense вырабатывает сакситоксин нервно-паралитического действия, аккумулируемый съедобными моллюсками. Prymnesium parvum выделяет вещества, высокотоксичные для рыб. Токсины, образуемые Microcystis, Aphanizomenon, Anabaena действуют на печень и могут быть нейротоксичны. Например, в 1989 г. при массовом развитии сине-зеленых водорослей в английских озерах погибло несколько собак (Allaby, 2000).