4.2. Защита гидросферы

Водоемы загрязняются поверхностными стоками (смывы с земной поверхности) и сточными водами. Основными источниками загрязнений являются жилищно-коммунальное хозяйство, промышленность и сельское хозяйство.

Загрязнители делятся на биологические (органические микроорганизмы), вызывающие брожение воды; химические, изменяющие химический состав воды; физические, изменяющие ее прозрачность (мутность), температуру и другие показатели.

Биологические загрязнения попадают в водоемы с бытовыми и промышленными стоками, в основном предприятий пищевой, медико-биологической, целлюлозно-бумажной промышленности.

Химическое загрязнение поступают в водоемы с промышленными, поверхностными и бытовыми стоками. К ним относятся: нефтепродукты, тяжелые металлы и их соединения, минеральные удобрения, пестициды, моющие средства.

Физические загрязнения поступают в водоемы с промышленными стоками, при сбросах из выработок шахт, карьеров, при смывах с территорий промышленных зон, городов, транспортных магистралей, за счет осаждения атмосферной пыли.

Защита гидросферы от вредных сбросов осуществляется применением следующих методов и средств:

• рациональное размещение источников сбросов и организация водозабора и водоотвода;

• разбавление вредных веществ в водоемах до допустимых концентраций с применением специально организованных и рассредоточных выпусков;

• использование средств очистки стоков.

Методы очистки сточных вод можно подразделить на механические, физико-химические и биологические.

Механическая очистка сточных вод от взвешенных веществ (твердых частиц, частиц масло-, жиро- и нефтепродуктов) осуществляется процеживанием, отстаиванием, обработкой в поле центробежных сил, фильтрованием, флотацией.

Процеживание применяют для удаления из сточной воды крупных и волокнистых выделений. Процесс реализуют на вертикальных и наклонных решетках с шириной прозоров 15-20 мм и на волокноуловителях в виде ленточных и барабанных сит.

Отстаивание основано на свободном оседании (всплытии) примесей с плотностью, большей (меньшей) плотности воды. Процесс отстаивания реализуют в песколовках, отстойниках, жироуловителях.

Очистка сточных вод в поле центробежных сил реализуется в гидроциклонах. Механизм действия гидроциклонов аналогичен механизму действия газоочистных циклонов.

Фильтрование применяют для очистки сточных вод от мелкозернистых примесей.

Флотация заключается в обволакивании частиц примесей мелкими пузырьками воздуха, подаваемого в сточную воду, и поднятии их на поверхность, где образуется слой пены. В зависимости от способа образования пузырьков различают флотацию пневматическую (напорную, вакуумную), пенную, химическую, вибрационную, биологическую, электрофлотацию.

Физико-химические методы применяют для удаления из сточной воды растворимых примесей (солей тяжелых металлов, цианидов, фторидов и др.), а в ряде случаев и для удаления взвесей. Как правило, физико-химическим методам предшествует стадия очистки от взвешенных веществ. Из физико-химических методов наиболее распространены электрофлотационные, коагуляционные, реагентные, ионообменные и др.

В процессе электрофлотации образование дисперсной газовой фазы происходит вследствие электролиза воды. Кроме того, применение алюминиевых или стальных электродов обуславливает переход ионов алюминия или железа в раствор, что способствует коагулированию мельчайших частиц механических примесей сточной воды.

Коагуляция – это физико-химический процесс укрупнения мельчайших коллоидных и диспергированных частиц под действием сил молекулярного притяжения. В качестве веществ – коагулянтов применяют алюминийсодержащие вещества, хлорид железа (II) и др. Коагуляция осуществляется посредством перемешивания воды с коагулянтами в камерах, откуда вода направляется в отстойники, где хлопья отделяются отстаиванием.

Сущность реагентного метода заключается в обработке сточных вод химическими веществами – реагентами, которые, вступая в химическую реакцию с растворенными токсичными примесями, образуют нетоксичные или нерастворимые соединения. Последние затем могут быть удалены одним из описанных выше методов удаления взвесей и осветвления воды.

Ионообменная очистка заключается в пропускании сточных вод через ионообменные смолы, которые подразделяются на катионитовые - имеющие подвижные и способные к обмену катионы (чаще всего гидроксильную группу Н⁺), и анионитовые – имеющие подвижные и способные к обмену анионы (чаще всего гидроксильную группу ОН^--). При прохождении сточной воды через смолы подвижные ионы смолы заменяются на ионы соответствующего знака токсичных примесей.

Биологическая очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов использовать растворенные и коллоидные органические соединения в качестве источника питания в процессах своей жизнедеятельности. При этом органические соединения окисляются до воды и углекислого газа. Биологическую очистку ведут или в естественных условиях (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды), или в специальных сооружениях: аэротенках, биофильтрах. Аэротенки представляют собой открытые резервуары с системой коридоров, через которые медленно протекают сточные воды, смешанные с активным илом, который затем отделяется от воды в отстойниках. Биофильтр – это сооружение, заполненное загрузочным материалом, через который фильтруется сточная вода и на поверхности которого развивается биологическая пленка, состоящая из прикрепленных форм микроорганизмов.