Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экологическая экспертиза. Часть 2. Охрана водных ресурсов. Учебное пособие
.pdf
141
i
i
i
c
c
1
ÏÄÊ
1
Основные ограничения на прием промышленных сточных вод в водоотводящую сеть:
– превышение расходов вод и предельно допустимых сбросов загрязнений, установленных для данного предприятия;
– нарушение работы сетей, насосных станций, сооружений;
– присутствие веществ, отлагающихся на стенках трубопроводов и
засоряющих или разрушающих их;
– наличие горючих и растворенных газообразных веществ, которые
могут вызвать взрывоопасные смеси;
– содержание токсичных для микрофлоры очистных сооружений
веществ;
– температура более 40 °С;
– рН вне пределов 6,5–9;
– содержание органических веществ по ХПК, превышающие БПК
более чем в 1,5 раза.
Если сточные воды промпредприятий не соответствуют приведенным ограничениям, то перед сбросом в сеть их необходимо обработать
на локальных очистных сооружениях (местные нормы на прием производственных сточных вод в городскую сеть водоотведения с учетом
специфики их состава, ПДК и НДС разрабатываются службами водопроводно-канализационного хозяйства и утверждаются муниципальными властями).
На основании длительного изучения влияния различных химических соединений на флору и фауну установлены предельно допустимые концентрации для водоемов различных категорий водопользования. При этом вещество нормируется по санитарнотоксикологическому, общесанитарному лимитирующему или органолептическому показателю вредности.
ПДК к сбросу в водоемы установлены для отдельных веществ, поступающих вместе со сточными водами. Практически же в сбрасываемых сточных водах содержатся десятки нормируемых вредных веществ, взаимное воздействие которых может усиливать индивидуальные. Поэтому, в случае присутствия в сбрасываемых водах веществ
1-го и 2-го классов опасности необходимо определить суммарный показатель вредности:
где с1, с2, ... c
воде водоема; с
– концентрации веществ 1-го и 2-го классов опасности в
i
– ПДК, установленные для соответствующих ве-
iПДК
ществ в воде водоема.
142
Если неравенство не выполняется, то санитарное состояние водоемов не удовлетворяет нормативным требованиям, что требует дополнительно более глубокой очистки вод перед сбросом.
5.8. Механизм отрицательного воздействия сточных вод
Всемирной организацией здравоохранения рекомендована шкала
Корте–Дубинина для оценки токсичности загрязняющих веществ: на
первое место по степени отрицательного воздействия на организмы
поставлены тяжелые металлы (135 баллов), на второе – пестициды
(130 баллов), далее – нитраты (65 баллов) и т.д.
Рассмотрим механизм такого отрицательного воздействия на нескольких примерах. Как известно, тяжелые металлы играют важную
роль в окислительно-восстановительных процессах растительных и
животных клеток: Cа присутствует в виде лактата кальция в стенках
сосудов и способствует стабильности клеток; Сr входит в состав фермента фосфоглитамазы; Со является компонентом мутазы в печени и
витамина В; Сu активирует деятельность некоторых ферментов; Mg
входит в состав хлорофилла; Fe присутствует в ферментах, регулирующих дыхание; Zn ускоряет превращение десять ферментов; Ni необходим для синтеза гидрогеназ; Мо входит в состав ферментов: ксантиноксидазы, альдегидоксидазы, сульфонатоксидазы, встречается во
всех тканях высших животных.
В человеческих тканях (мышцы, язык, гортань, печень, мозг, почки
и т.д.) содержатся шесть наиболее важных элементов: Сu, Zn, Сг, Мо,
Са в концентрации от 1 до 9200 мкг/кг. В повышенных концентрациях
тяжелые металлы принадлежат к числу тиоловых ядов или тиолопривных веществ (монотиол, дитиол) и воздействуют на отдельные этапы
углеводно-фосфатного и аминокислотного обмена. Они реагируют с
сульфогидрильными группами, являющимися активными центрами
многих ферментов, по схеме:
n+
Me
+ SH- MemSn + H+
При этом происходит ингибирование или полное прекращение
окислительно-восстановительных реакций в клетках, Сu (II) и Со (II),
взаимодействуя с SH-группами, угнетают фермент оксиглутаратдегидрогеназу, Сu (II) и Hg (II) угнетают сукцинатдегидрогеназу, активность
которой связана с функцией цитоплазматических мембран клетки.
Другие тяжелые металлы ингибируют лактатдегидрогеназу, цитохромоксидазу, АТФ-азу головного мозга, печени, эритроцитов, ферменты
эндогенного дыхания.
Бактерицидное действие ряда металлов на микроорганизмы, исходя
143
из изменения ультраструктуры клеток, убывающе располагается в ряд:
Ag > Hg > Au > Cr > Ca > Cd > Ni > Cu > Pb > Fe(III) > Zn > Fe(II) >
> Mg > К > Na
Кислородсодержащие анионы молибдена – молибдаты МоО
2-
4
– со-
держатся в значительном количестве в воде и почвах в районах его
добычи. В этих районах содержание Мо выше нормы в почвах в
50 раз, в растительности – более 260 раз, в воде – более 30 раз.
Основные запасы молибдена у человека сосредоточены в печени –
1,1 мкг/г сырого веса. Взрослый человек должен ежесуточно употреблять 100–2000 мкг Мо. В то же время повышенное поступление в организм Мо является причиной специфического эндемического заболевания (молибденолизис), которое характеризуется потерей веса, поносом, поражением суставов и генеративной функцией. Изучение влияния употребления белыми крысами воды при дозах Мо (II) 10 мг/кг
показало увеличение в крови молочной и пировиноградной кислот, что
приводит к снижению степени сопряженного дыхания и фосфорилирования митохондрий печени белых крыс на 15,5–32,3 % по сравнению с контролем.
Одним из наиболее распространенных и токсичных анионов являются хроматы и бихроматы, образованные анионопределяющим элементом – Cr(VI). Содержание Cr (VI) и Cr (III) в живых организмах
составляет 10
-4
–10-3 %. При этом в основном хром присутствует в же-
лезах внутренней секреции, желчи, плотных тканях.
5.9. Методы очистки сточных вод
В наибольшей степени положениям экологизации процессов очистки сточных вод соответствуют следующие технологические решения и
мероприятия.
5.9.1. Механическая очистка сточных вод
Механическая очистка сточных вод включает следующие приемы и
методы:
– совершенствование гидродинамических режимов существующих
отстойных сооружений путем устройства струенаправляющих перегородок, регулирования сбора осветленной жидкости, увеличения коэффициента полезного использования оборудования их тонкослойными
блоками, что позволит в 2–3 раза увеличить гидравлическую нагрузку
и получить эффект очистки по взвешенным веществам не менее 65 %;
– применение вместо отстойников сетчатых установок, обеспечи-
144
вающих эффект очистки сточных вод по взвешенным веществам
40–95 % (в зависимости от физико-химических характеристик твердой
фазы и типа сетчатой перегородки) при гидравлических нагрузках
40–200 м
3/м2
ч. К таким установкам относятся барабанные сетки, мик-
рофилътры (разработанные НИИКВОВ, Москва), устройства фильтрующие самоочищающиеся (АО «Водоканал», Сочи);
– предварительная обработка сточных вод перед осветлением коагулянтами, флокулянтами, активным илом, отработанной биопленкой
(для хозбытовых сточных вод), что позволяет получить менее влажную твердую фазу и повысить эффект очистки до 75–80 %;
– расширение применения технологических процессов очистки вод,
использующих центробежные силы для разделения суспензий и
эмульсий взамен гравитационных; основу таких техпроцессов составляют гидроциклоны различных конструкций (открытые, напорные,
многопродуктовые, многоярусные, классификаторы и т.д.), а также
центрифуги. Их применение уменьшает потребные производственные
площади для размещения на 1–2 порядка, позволяет получить менее
обводненные осадки (шламы), масло-, нефте-, жиропродукты, создает
возможности вторичного использования компонентов. Например,
применение шнекового четырехпродуктового гидроциклона, разработанного в Новочеркасском Гостехуниверситете, для очистки сточных
вод мясокомбината позволяет получить четыре разных потока: осветленный, жиросодержащий, каныгосодержащий, шламосодержащий, а
это в свою очередь увеличивает степень утилизации жиров, каныги,
уменьшая нагрузку на ОПС (вывоз на свалку ТБО); совершенствование существующих и разработка новых (напорных и безнапорных)
фильтровальных установок, обеспечивающих возможность максимальной утилизации продуктов регенерации при высокой эффективности выделения загрязнений.
5.9.2. Химическая очистка
Химическая очистка предполагает:
– применение более активных коагулянтов, флокулянтов, реагентов, содержащих меньшее количество инертных компонентов, чем в
настоящее время;
– совершенствование гидродинамических и массообменных характеристик, обеспечивающих полноту гидролиза, смешения, реакции;
– применение для определенных процессов газообразных, твердых
и жидких промышленных отходов. Например, дымовые газы котельных, содержащих сернистый ангидрид, травильные растворы гальва-
145
нического производства, шлифовальные нитритсодержащие жидкости,
железный скрап и стружка металлообработки могут применяться для
восстановления шестивалентного хрома в сточных водах;
– повторное использование шламов и осадков химической очистки
вод для предварительной обработки "загрязнений";
– выделение и утилизация в основном или вторичном производстве
продуктов, реакции. Например, содержащийся в промывных сточных
водах и отработанных дубильных растворах кожевенного производства трехвалентный хром после нейтрализации известью осаждается
в виде гидроксидов, последующая обработка Сr(ОН)3 серной кислотой позволяет получить вновь дубильный раствор, содержащий
Сr2(SО4)3;
– организация рациональной системы водоотведения производственных сточных вод, обеспечивающих их взаимоочистку после объединения на локальных очистных сооружениях.
5.9.3. Физико-химическая очистка
Физико-химическая очистка включает:
– существенное расширение и совершенствование процессов, гипер-, ультрафильтрации, электродиализа, экстракции, адсорбции, ионообмена, позволяющих выделять и возвращать в основное производство продукты, а очищенные воды после корректировки состава до
нормативных величин использовать в оборотном водоснабжении;
– разработку и создание новых селективных типов сорбентов для
избирательного выделения определенных компонентов из сточных вод
с целью вторичного использования;
– широкое использование жидких и твердых промышленных отходов в технологических процессах. Например, кубовые остатки красильных ванн (автоклавов) после их механического осветления (как
вариант – фильтрование) используются повторно в крашении с корректировкой состава. Аналогично поступают и с отработанными электролитами (растворами) гальванопокрытий. Твердые отходы – графитированные углесодержащие отходы электродных производств имеют
развитую поверхность макро- и микропор, обеспечивающих эффективную очистку и доочистку сточных вод сорбцией от нефтепродуктов, красителей, нитратов, фосфатов и других загрязнений;
– развитие энергетически малоемких эффективных процессов, к
числу которых можно отнести использование в очистке вод электроэнергии, полученной из биогаза, а также гальванокоагуляцию, которая
представляет собой комплексный физико-химический окислительно-
146
восстановительный процесс, основанный на использовании продуктов
взаимодействия гальванической пары Fe-C, Fe-Cu, Fe-Al, в которой
железо является анодом и соответственно растворяется с образованием
реакционно-активных ионов Fe. В качестве железа применяются его
отходы в виде стружки, скрапа, а материала катодов – антрацит, отходы алюминия или меди. Применение способа гальванокоагуляции для
очистки сточных вод гальванических производств в сочетании с доочисткой фильтрованием позволяет выделить и утилизировать тяжелые металлы, а очищенные воды использовать в оборотном водоснабжении;
– развитие передвижной сервисной сети обслуживания, абонентов
по регенерации сорбентов, электрохимическому выделению тяжелых
металлов на катодах специальных установок, что позволит возвратить
в технологию продукты, провести с получением вторичного сырья регенерацию сорбентов и их же возвратить в цикл очистки вод. Провести
указанные операции на отдельных предприятиях не всегда возможного
по техническим и организационным причинам, а наличие специализированной организации, проводящей по согласованному графику эти
работы, повышает технологическую эффективность;
– разработка методов предварительного физического и химического воздействий на очищаемые воды, физическая обработка (омагничивание, ультразвуковая, высокочастотная и др.), приводящая к изменению физико-химических характеристик и соответственно к более глубокой степени выделения загрязнений из вод. К химическим способам
относится активация поверхностных свойств фильтрующих материалов химическими веществами с целью увеличения эффективности
очистки вод. Например, насыщение растворами A1
Fe
(SО
загрузки и порового пространства зернистых фильтров, так
2
4)3
(SО4)3 или
2
называемая модификация поверхности загрузки, приводит к увеличению грязеемкости, соответственно, продолжительности фильтроцикла,
сокращению расходов воды на промывку. Предварительная обработка
поверхности коалесцирующих фильтров гидрофобными веществами
(например, парафинами) увеличивает степень выделения эмульгированных масло-, нефтепродуктов из производственных сточных вод.
Также повышает эффективность очистки вод нанесение фильтрующего подслоя на плоские фильтровальные элементы из перлита, диатомита, кизельгура и т.д.;
– способ "мокрого сжигания" (огневой, термический способ обезвреживания), применяемый в настоящее время для ликвидации концентрированных трудноокисляемых органических загрязнений (капролактам, шатроциклогексаноли т.д.), без специальных газоочистных
147
установок приводят к загрязнению атмосферы. Очевидно, что к этому
способу применимо выражение Д. И. Менделеева о возможности "ассигнациями топить печь". Этот способ больше напоминает поведение
страуса при опасности. Вероятнее всего будут разработаны технологии
получения общественно значимых продуктов (материалов) из таких
сточных вод, которые в наименьшей степени указывают отрицательное воздействие на ОПС.
Физико-химические методы очистки заключаются в том, что в
очищаемую воду вводят какое-либо вещество – реагент (коагулянт и
флокулянт). Вступая в химическую реакцию с находящимися в воде
примесями, эти вещества способствуют более полному выделению
нерастворенных примесей, коллоидов и части растворенных соединений и тем самым уменьшают их концентрацию в сточной воде, переводят растворимые соединения в нерастворимые или в растворимые,
но безвредные; изменяют реакцию сточных вод, в частности нейтрализуют их, обесцвечивают окрашенную воду и пр.
Современные исследования свидетельствуют о возможности обеспечения глубокой очистки сточных вод физико-химическими методами. Освоение такой очистки по стадиям позволяет резко интенсифицировать механическую очистку сточных вод или заменить биологическую очистку.
Физико-химические методы чаще всего применяют при очистке
производственных сточных вод. При этом в зависимости от местных
условий тот или иной метод может явиться окончательной стадией
(если достигаемая степень очистки достаточна для использования
сточных вод повторно) либо предварительной стадией (например, при
удалении ядовитых соединений или каких-либо других веществ, препятствующих нормальной работе последующих очистных сооружений).
5.9.4. Биологическая очистка
Биологическая очистка предполагает:
– развитие и применение на практике метода предварительной анаэробной подготовки сточных вод перед аэробным окислением, что
приводит на анаэробном этапе процесса к упрощению структуры
сложных органических субстратов, частичному окислению органических веществ твердой фазы, аммонификации белкового и органического азота, переводу фосфатов в растворимое состояние; к увеличению (в
1,2–2,5 раза) скорости окисления, снижению содержания неокисленных органических веществ, глубокой (до 90 %) деазотизации, связыва-
148
нию фосфатов биомассой (до 50 %); повсеместное использование искусственных носителей биомассы позволяет увеличивать ее концентрацию до 50 г/л с разработкой новых систем обеспечения кислородом
(носители биомассы типа "Ерш", "Вий", "Ромашка" и т.д.), что позволяет иметь экологическую трофическую цепь питания микроорганизмов по взаимоотношению "хищник-жертва" по ходу движения очищаемых сточных вод;
– широкое применение биосорбционных методов, обеспечивающих
глубокую очистку вод не только от биологически "мягких" органических и азотсодержащих веществ (определяемых по БПК), но и "жестких", а также неорганических (ХПК) с одновременной биорегенерацией сорбентов. Следует ожидать расширения ассортимента используемых в биосорберах загрузок помимо активированных углей: углесодержащие отходы электродных производств, полученные пиролизом
сорбенты из активного ила, торфа и т.д.;
– регулирование соотношения групп микроорганизмов – аммонификаторов – нитрификаторов – денитрификаторов – азотфиксаторов в
биоценозе аэроокислителей, что обеспечивает глубокую дезарацию
сточных вод;
– биологическая доочистка сточных вод иммобилизованной микрофлорой от частиц активного ила с использованием прироста биомассы моллюсков и с передачей последних на корм птицам (подобная
замкнутая трофическая пирамида при очистке вод реализована с 1988
г. на городских очистных сооружениях г. Макеевка, Украина, под руководством д-ра тех. наук Н.И. Куликова, д-ра биол. наук П.Г. Гвоздяка). Вариантами доочистки могут быть применение высшей водной
растительности (макрофитов) для снижения солевого состава вод, выращивание на очищенных водах прудовых рыб. Использование такой
рыбы в пищу возможно, естественно, только после заключения органов Санэпиднадзора, в противном случае рыба отправляется на корм
пушным зверям, тушки которых впоследствии утилизируются в производстве мясокостной муки;
– применение высшей водной растительности (эйхорния водная
или водяной гиацинт, пистия, аир и т.д.) в качестве самостоятельного
фитореактора для очистки сточных вод сельскохозяйственных комплексов, нефтеперерабатывающих заводов, мясокомбинатов с получением биомассы (до 100 кг с 1 м за период вегетации) с использованием
ее на корм скоту или в производстве биогаза. При этом сточная вода
очищается с исходных концентраций 1,5–2,5 г/л до остаточных –
5–10 мг/л по БПКп за 15-20суток при температуре окружающей среды
более 15 °С;
149
– использование симбиотического альгобактериального сообщества
(водоросли + бактерии) в очистке и доочистке сточных вод с искусственным освещением в темный период суток интенсивностью
120 лк/м2. Продуцируемый бактериями при окислении органических
веществ диоксид углерода усваивается водорослями, а выделяемый
последними в результате фотосинтеза кислород используется микроорганизмами как акцептор электронов в метаболизме. При этом достигается глубокая (до 2–3 мг/л по БПКп) очистка сточных вод и не требуется воздуходувок, компрессоров для биоокислителей.
Биологические методы очистки основаны на жизнедеятельности
микроорганизмов, которые способствуют окислению или восстановлению органических веществ, находящихся в сточных водах в виде то нких суспензий, коллоидов и в растворе и являющихся для микроорганизмов источником питания, в результате чего и происходит очистка
сточных вод от органических загрязнений.
Существующие в настоящее время сооружения для биологической
очистки сточных вод могут быть разделены на два основных типа:
1. Сооружения, в которых очистка происходит в условиях, близких
к естественным.
2. Сооружения, в которых очистка происходит в искусственно соз-
данных условиях.
Сооружения для биологический очистки в естественных условиях,
в свою очередь, могут быть разделены на сооружения, в которых происходит фильтрование очищаемых сточных вод через почву (поля
орошения и поля фильтрации), и на сооружения, представляющие собой водоемы (биопруды), заполненные протекающей очищаемой сточной водой. В сооружениях первого типа питание кислородом идет за
счет непосредственного поглощения его микроорганизмами из воздуха. В сооружениях второго типа питание кислородом идет, главным
образом, за счет диффундирования его через поверхность воды (реаэрация) или за счет механической аэрации. Климатические условия и
большая занимаемая площадь ограничивают развитие естественных
приемов биологической очистки сточных вод (биопруды, поля орошения, поля фильтрации).
Для биологической очистки сточных вод в искусственных условиях
применяют аэротенки, биофильтры и аэрофильтры.
В этих сооружениях очистка протекает более интенсивно, чем на
полях орошения, полях фильтрации и в прудах, потому что искусственным путем создаются лучшие условия для развития активной жизнедеятельности микроорганизмов.
Интенсивностью процесса очистки сточных вод в том или ином со-
150
оружении определяется окислительная мощность сооружения, под
которой понимается число граммов кислорода, получаемое с 1 м сооружения в сутки и используемое для снижения биологической потребности в кислороде сточных вод окисления аммонийных солей до
нитритов и нитратов, а также для повышения содержания в сточных
водах растворенного кислорода. Окислительная мощность для различных сооружений колеблется в широких пределах.
При повышенных требованиях к степени очистки биологически
очищенная вода подвергается доочистке. Наиболее широкое распространение в качестве сооружений для доочистки получили песчаные
фильтры, главным образом двух- и многослойные, а также контактные
осветлители; микрофильтры применяются реже. Снижение концентрации трудноокисляемых веществ, фиксируемое значением ХПК очищенных вод, возможно методом сорбции, например активированным
углем, и химическим окислением, например путем озонирования.
Снижение концентрации солей возможно методами обессоливания,
применяемыми в практике водоподготовки.
5.9.5. Очистка от биогенных элементов
Биологически очищенная вода содержит аммонийный азот и фосфор в значительной концентрации. Азот и фосфор способствуют усиленному развитию водной растительности, последующее непременное
отмирание которой приводит к вторичному загрязнению водоема.
Подсчитано, что 1 мг азота продуцирует 10 мг водной растительности, а 1 мг фосфора – 115 мг.
Азот удаляют физико-химическим и биологическим методами.
Первый метод заключается в повышении рН воды до 10–11 путем известкования (в результате получения NH4OH) с последующей отдувкой аммиака воздухом в градирнях. Биологический метод осуществляется в две ступени. На первой ступени в аэротенке длительной аэрации
при отсутствии углеродсодержащих загрязнений (удаленных в обычном аэротенке) интенсивно проходят процессы нитрификации. На второй ступени применяется денитрификатор – сооружение, изолированное от доступа воздуха. В анаэробных условиях бактерии – денитрификаторы – используют для своей жизнедеятельности химически связанный кислород нитритов и нитратов и разрушают, таким образом,
эти соединения, в результате чего выделяется молекулярный азот.
Фосфор удаляют химическим осаждением солями железа, алюминия, известью. Реагенты подают либо в сточную воду перед первичными отстойниками, либо в очищенный сток перед вторичными от-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]