Охрана водных ресурсов
По определению академика А.Е. Ферсмана [44], вода является «самым важным минералом на Земле». В промышленности вода играет весьма значительную роль: она используется как сырье, теплоноситель, хладагент, растворитель, источник получения водорода и кислорода, а также для транспортирования сырья и материалов и т.д. Схема классификации воды по целевому назначению приведена на рис. 12 [44].
Рис. 12. Схема классификации воды по целевому назначению
Питьевая вода должна быть чистой и безопасной для здоровья и соответствовать требованиям [45]. Техническая вода загрязнена, но в пределах требований технологии она значительно дешевле питьевой, поэтому ее целесообразно использовать в производстве в первую очередь [47]. Поливная вода может подаваться на поля из водоемов без очистки. Энергетическая вода должна быть особенно чистой и обессоленной, так как из нее вырабатывается пар, который циркулирует в трубах котлов ТЭЦ. Охлаждающая вода потребляется в промышленности в большом количестве. Чаще всего тепло воде передается (или отнимается) через стенки труб, как говорят энергетики, «вглухую». Для того чтобы снизить образование накипи внутри труб, эту воду целесообразно очищать. Качество подпиточной воды должно быть не ниже охлаждающей. Оборотная вода должна очищаться при многоразовом использовании. Технологическая вода (средообразующая, промывающая и реакционная) должна соответствовать требованиям технологии для каждого конкретного случая [47].
Большое количество воды тратят предприятия на разбавление загрязненных сточных вод, чтобы добиться нормированного уровня их загрязнения. Это дешевле очистки, но бесхозяйственно и неэкономично.
При использовании в производственных процессах вода нагревается (или охлаждается), кроме того, вследствие утечек, испарения и разбрызгивания она теряется.
Загрязнение воды вызывает следующие изменения ее качества [49]:
снижение рН пресных вод в результате загрязнения серной и азотной кислотами из атмосферы (кислотные дожди), а также увеличение содержания в них сульфатов и нитратов;
повышение содержания кальция, магния, кремния в подземных и речных водах вследствие вымывания и растворения подкисленными дождевыми водами горных пород;
повышение содержания в природных водах солей тяжелых металлов, прежде всего свинца, кадмия, ртути, мышьяка и цинка, а также фосфатов, нитратов, нитритов и др.;
повышение в поверхностных и подземных водах содержания солей в результате их поступления со сточными водами, из атмосферы и за счет смыва твердых отходов;
повышение содержания в водах органических соединений, прежде всего биологически стойких (поверхностно-активных веществ, пестицидов, суперэкотоксикантов, продуктов их распада и других токсичных, канцерогенных и мутагенных веществ);
снижение содержания кислорода в природных водах;
снижение прозрачности воды в водоемах (в загрязненных водах размножаются вирусы, бактерии и другие возбудители инфекционных заболеваний);
загрязнение природных вод радиоактивными изотопами.
Кроме того, веществами, загрязняющими воду, являются нефть, фенол, органические вещества, ядохимикаты, горючесмазочные материалы [49].
Наиболее опасными являются залповые аварийные сбросы воды, производимые промышленными, бытовыми и транспортными предприятиями.
Мероприятия по охране водных ресурсов можно классифицировать аналогично мероприятиям по охране атмосферного воздуха (рис 4), выделив мероприятия активного (технологические, специальные инженерно-экологические) и пассивного характера (организационные) [39, 40].
Организационные мероприятия относятся к группе пассивных. Необходимость разработки этих мероприятий обусловлена несовершенством существующего инженерно-экологического оборудования и технологических производственных процессов, что приводит к значительному сбросу загрязняющих веществ в водные объекты [39, 40]. Эта группа мероприятий препятствует локальному накоплению загрязнений в водных объектах, способствует ускорению разбавления сточных вод. Организационные мероприятия с экономической точки зрения являются наиболее дешевыми. К ним относят [39, 40]:
организация водоохранных зон;
удаление точки сброса сточных вод от точки водозабора;
разбавление сточных вод,
установление нормативов предельно допустимого сброса ПДС, временно согласованного сброса ВСС;
экономические ограничения (плата за выброс в пределах ПДС рассчитывается по минимальным ставкам и относится к себестоимости продукции; плата за сверхлимитные сбросы осуществляется из свободной прибыли предприятия).
Технологические мероприятия по защите водных объектов относят к группе активных, обеспечивающих предупреждение загрязнения гидросферы путем сокращения или устранения сбросов загрязняющих веществ [39, 40]. Они направлены на исключение или смягчение негативных воздействий загрязняющих веществ на окружающую среду. К технологическим мероприятиям относят [39, 40]:
сокращение расхода воды;
системы оборотного и бессточного водоснабжения.
Инженерно-экологические мероприятия не требуют значительного изменения в технологиях и адаптированы к существующим производственно – технологическим условиям, однако, являются самыми дорогими. Эта группа мероприятий включает очистку сточных вод и обработку осадков следующими методами [47-50]:
механические методы (из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси, в зависимости от размеров частицы улавливают решетками и ситами различных конструкций, а поверхностные загрязнения – нефтеловушками, маслоуловителями и др.; эффективность метода – 60%);
химические методы (заключаются в том, что в стоки вносят химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязняющими веществами и способствуют их выпадению в осадок, нейтрализация кислот и щелочей производится с целью предупреждения коррозии материалов водоотводящих сетей и очистных сооружений с помощью озонирования, хлорирования);
физико-химические методы:
коагуляция (выпадение в осадок загрязняющих веществ – осуществляется с помощью коагулянтов, солей аммония, железа, меди);
сорбция (введение веществ, способных поглощать примеси, сорбентами являются: активированный уголь, силикагель, бентонитовые глины);
флотация (через сточные воды пропускают воздух, пузырьки которого при движении вверх захватывают химически активные вещества в легкоудалимую пену).
биологические методы (удаление органических загрязнений сточных вод при помощи микроорганизмов, для осуществления этого метода есть несколько устройств – биофильтры, биологические пруды, аэротенки и др.).
Остановимся подробнее на вышеперечисленных мероприятиях.