Проблема загрязнения окружающей среды сточными водами и ее решение. Какие бывают сточные воды — это загрязненные воды, требующие очистки
Министерство образования Российской Федерации
Уссурийский Государственный Педагогический Институт
Биолого-химический факультет
Загрязнение сточными водами
Выполнил:
студентка 2 курса 521 группы
Ястребкова С. Ю._________
Научный руководитель:
______________________________
Уссурийск, 2001 г. Содержание:
Введение……………………………………………………………………..…3
I.1. Источники загрязнения внутренних водоемов…………………4
I .2. Выпуск сточных вод в водоемы ……………………………………..7
II.1. Методы очистки сточных вод…………………………………….…9
Заключение………………………………………………………………….11
Приложение …………………………………………………………………13
Список литературы ……………………………………………………..22
Введение
Вода - ценнейший природный ресурс. Она играет исключительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека, всех растений и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания.
Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения водой.
Потребности в воде огромны и ежегодно возрастают. Ежегодный расход воды на земном шаре по всем видам водоснабжения составляет 3300-3500 км3. При этом 70% всего водопотребления используется в сельском хозяйстве.
Много воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и цветная металлургия. Развитие энергетики также приводит к резкому увеличению потребности в воде. Значительное кол-во воды расходуется для потребностей отрасли животноводства, а также на бытовые потребности населения. Большая часть воды после ее использования для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод.
Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Все более возрастающие потребности промышленности и сельского хозяйства в воде заставляют все страны, ученых мира искать разнообразные средства для решения этой проблемы.
На современном этапе определяются такие направления рационального использования водных ресурсов: более полное использование и расширенное воспроизводство ресурсов пресных вод; разработка новых технологических процессов, позволяющих предотвратить загрязнение водоемов и свести к минимуму потребление свежей воды.
Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их рационального использования для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения. В России широко осуществляются мероприятия по охране окружающей Среды, в частности по очистке производственных сточных вод.
Одним из основных направлений работы по охране водных ресурсов является внедрение новых технологических процессов производства, переход на замкнутые (бессточные) циклы водоснабжения, где очищенные сточные воды не сбрасываются, а многократно используются в технологических процессах. Замкнутые циклы промышленного водоснабжения дадут возможность полностью ликвидировать сбрасывание сточных вод в поверхностные водоемы, а свежую воду использовать для пополнения безвозвратных потерь.
В химической промышленности намечено более широкое внедрение малоотходных и безотходных технологических процессов, дающих наибольший экологический эффект. Большое внимание уделяется повышению эффективности очистки производственных сточных вод.
Значительно уменьшить загрязненность воды, сбрасываемой предприятием, можно путем выделения из сточных вод ценных примесей, сложность решения этих задач на предприятиях химической промышленности состоит в многообразии технологических процессов и получаемых продуктов. Следует отметить также, что основное количество воды в отрасли расходуется на охлаждение. Переход от водяного охлаждения к воздушному позволит сократить на 70-90 % расходы воды в разных отраслях промышленности. В этой связи крайне важными являются разработка и внедрение новейшего оборудования, использующего минимальное количество воды для охлаждения.
Существенное влияние на повышение водооборота может оказать внедрение высокоэффективных методов очистки сточных вод, в частности физико-химических, из которых одним из наиболее эффективных является применение реагентов. Использование реагентного метода очистки производственных сточных вод не зависит от токсичности присутствующих примесей, что по сравнению со способом биохимической очистки имеет существенное значение. Более широкое внедрение этого метода как в сочетании с биохимической очисткой, так и отдельно, может в определенной степени решить ряд задач, связанных с очисткой производственных сточных вод.
В ближайшей перспективе намечается внедрение мембранных методов для очистки сточных вод.
На реализацию комплекса мер по охране водных ресурсов от загрязнения и истощения во всех развитых странах выделяются ассигнования, достигающие 2-4 % национального дохода ориентировочно, на примере США, относительные затраты составляют (в %): охрана атмосферы 35,2 %, охрана водоемов - 48,0, ликвидация твердых отходов - 15,0, снижение шума -0,7, прочие 1,1. Как видно из примера, большая часть затрат - затраты на охрану водоемов. Расходы, связанные с получением коагулянтов и флокулянтов, частично могут быть снижены за счет более широкого использования для этих целей отходов производства различных отраслей промышленности, а также осадков, образующихся при очистке сточных вод, в особенности избыточного активного ила, который можно использовать в качестве флокулянта, точнее биофлокулянта.
Таким образом, охрана и рациональное использование водных ресурсов - это одно из звеньев комплексной мировой проблемы охраны природы.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Статья 250 УК РФ Загрязнение вод
1. Загрязнение, засорение, истощение поверхностных или подземных вод, источников питьевого водоснабжения либо иное изменение их природных свойств, если эти деяния повлекли причинение существенного вреда животному или растительному миру, рыбным запасам, лесному или сельскому хозяйству, - наказываются штрафом в размере от ста до двухсот минимальных размеров оплаты труда или в размере заработной платы или иного дохода осужденного за период от одного до двух месяцев, либо лишением права занимать определенные должности или заниматься определенной деятельностью на срок до пяти лет, либо исправительными работами на срок до одного года, либо арестом на срок до трех месяцев.
2. Те же деяния, повлекшие причинение вреда здоровью человека или массовую гибель животных, а равно совершенные на территории заповедника или заказника либо в зоне экологического бедствия или в зоне чрезвычайной экологической ситуации, - наказываются штрафом в размере от двухсот до пятисот минимальных размеров оплаты труда или в размере заработной платы или иного дохода осужденного за период от двух до пяти месяцев, либо исправительными работами на срок от одного года до двух лет, либо лишением свободы на срок до трех лет.
3. Деяния, предусмотренные частями первой или второй настоящей статьи, повлекшие по неосторожности смерть человека, - наказываются лишением свободы на срок от двух до пяти лет.
1. Объектом рассматриваемого преступления являются обществен- ные отношения в области охраны вод и экологическая безопасность. Предметом преступления являются поверхностные воды, в том числе поверхностные водотоки и водохранилища на них, поверхностные водоемы, ледники и снежинки, подземные воды (водоносный горизонт, бассейны, месторождение и естественный выход подземных вод).
Внутренние морские воды, территориальное море РФ, открытые воды Мирового океана к предмету данного преступления не относятся.
2. Объективная сторона преступления состоит в загрязнении, засорении, истощении либо ином изменении природных свойств указанных выше компонентов гидросферы неочищенными и необезвреженными сточными водами, отходами и отбросами или токсичной либо агрессивной по отношению к качеству окружающей среды продукцией (нефтью, нефтепродуктами, химическими веществами) промышленных, сельскохозяйственных, коммунальных и других предприятий и организаций.
В соответствии со ст. 1 водного кодекса РФ, принятого Государственной Думой 18 октября 1995г., засорение водных объектов – сброс или поступление иным способом в водные объекты, а так же образование в них вредных веществ, которые ухудшают качество поверхностных и подземных вод, ограничивают использование либо негативно влияют на состояние дна и берегов таких объектов.
Засорение водных объектов – сброс или поступление иным способом в водные объекты предметов или взвешенных частиц, ухудшающих состояние и затрудняющих использование подобных объектов.
Истощение вод есть устойчивое сокращение запасов и ухудшение качества поверхностных и подземных вод.
Качество окружающей среды и её основных объектов, в том числе воды, определяется с помощью специальных нормативов – предельно допустимых концентраций вредных веществ (ПДК). Сбросы неочищенных сточных вод, отходов промышленного и сельскохозяйственного производства в реки, озёра, водохранилища, иные внутренние водоёмы резко повышают ПДК в водных источниках и тем самым существенно снижают их качество. Сброс – поступление вредных веществ в сточных водах в водный объект определяется ГОСТом.
Суммарный сброс в поверхностные водоемы в 2000 году
в Уссурийском районе
Уссурийский район
с. Воздвиженка
Воздвиженская КЭЧ
с. Новоникольское
МПЖКХ Уссурийского района
Таблица № 1
ОТВЕДЕНО СТОЧНЫХ ВОД: |
|
ВСЕГО: (тыс. м куб) | |
в том числе: |
|
Нормативно-очищенных: |
|
биологически (тыс. м куб) | |
физико-химически (тыс. м куб) | |
механической (тыс. м куб) | |
БПК полный (в тоннах) | |
Нефтепродукты (в тоннах) | |
Сухой остаток (в тоннах) | |
Азот аммонийный (в кг) | |
Нитраты (в кг) | |
Нитриты (в кг) | |
СПАВ (в кг) | |
Фенолы (в кг) | |
Фосфор общий (в кг) |
Суммарный сброс на рельеф в Уссурийском районе в 2000 году.
Уссурийский район
с. Воздвиженка - 2 322 АРЗ
Таблица №2
ОТВЕДЕНО СТОЧНЫХ ВОД: |
|
ВСЕГО: (тыс. м куб) | |
в том числе: |
|
Загрязненных без очистки (тыс. м куб) | |
Недостаточно очищенных (тыс. м куб) | |
Нормативно-чистых (без очистки) (тыс. м куб) | |
Нормативно-очищенных: |
|
биологически (тыс. м куб) | |
физико-химически (тыс. м куб) | |
механически (тыс. м куб) | |
БПК полный (в тоннах) | |
Нефтепродукты (в тоннах) | |
Взвешенные вещества (в тоннах) | |
Алюминий (в кг) | |
Азот аммонийный (в кг) | |
Железо (в кг) | |
Медь (в кг) | |
СПАВ (в кг) | |
Фенолы (в кг) | |
Фосфор общий (в кг) | |
Хром (в кг) | |
Цинк (в кг) |
Суммарный сброс на рельеф в г. Уссурийске в 2000 году.
г. Уссурийск
АО «Дальэнерго - Центральные электросети»
Уссурийская дистанция водоснабжения и СТУ
ОАО «Приморнефтепродукт»
АООТ «Примагрореммаш»
Уссурийская КЭЧ
Совхоз «Юбилейный»
Таблица № 3
ОТВЕДЕНО СТОЧНЫХ ВОД: |
|
ВСЕГО: (тыс. м куб) | |
в том числе: |
|
Загрязненных без очистки (тыс. м куб) | |
Недостаточно очищенных (тыс. м куб) | |
Нормативно-чистых (без очистки) (тыс. м куб) | |
Нормативно-очищенных: |
|
биологически (тыс. м куб) | |
физико-химически (тыс. м куб) | |
механически (тыс. м куб) | |
БПК полный (в тоннах) | |
Нефтепродукты (в тоннах) | |
Взвешенные вещества (в тоннах) | |
Сухой остаток (в тоннах) | |
Алюминий (в кг) | |
Азот аммонийный (в кг) | |
Железо (в кг) | |
Медь (в кг) | |
Нитраты (в кг) | |
Нитриты (в кг) | |
СПАВ (в кг) | |
Тетраэтилсвинец (в кг) | |
Фенолы (в кг) | |
Фосфор общий (в кг) | |
Хлориды (в тоннах) | |
Цинк (в кг) |
Суммарный сброс в поверхностные водоемы в г. Уссурийске в 2000 году
г. Уссурийск
Новоникольское РЭК (филиал Уссурийского Райпо)
ОАО «Приморский сахар»
Уссурийская КЭЧ
ЗАО УМЖК «Приморская соя »
Таблица № 4
ОТВЕДЕНО СТОЧНЫХ ВОД: |
|
ВСЕГО: (тыс. м куб) | |
в том числе: |
|
Загрязненных без очистки (тыс. м куб) | |
Недостаточно очищенных (тыс. м куб) | |
Нормативно-чистых (без очистки) (тыс. м куб) | |
Нормативно-очищенных: |
|
биологически (тыс. м куб) | |
физико-химически (тыс. м куб) | |
механически (тыс. м куб) | |
БПК полный (в тоннах) | |
Нефтепродукты (в тоннах) | |
Взвешенные вещества (в тоннах) | |
Сухой остаток (в тоннах) | |
Алюминий (в кг) | |
Азот аммонийный (в кг) | |
Бор (в кг) | |
Железо (в кг) | |
Жиры, масла (в кг) | |
Медь (в кг) | |
Нитраты (в кг) | |
Нитриты (в кг) | |
СПАВ (в кг) | |
Сероводород (в кг) | |
Сульфаты (в тоннах) | |
Тетраэтилсвинец (в кг) | |
Таннин (в кг) | |
Титан (в кг) | |
Фенолы (в кг) | |
Фосфор общий (в кг) | |
Хлориды (в тоннах) | |
Хром (в кг) | |
Цинк (в кг) |
Суммарный сброс в поверхностные водоемы в 1999 году
в Уссурийском районе
Уссурийский район
с. Воздвиженка
Воздвиженская КЭЧ
с. Новоникольское
МПЖКХ Уссурийского района
Таблица № 5
ОТВЕДЕНО СТОЧНЫХ ВОД: |
|
ВСЕГО: (тыс. м куб) | |
в том числе: |
|
Загрязненных без очистки (тыс. м куб) | |
Недостаточно очищенных (тыс. м куб) | |
Нормативно-чистых (без очистки) (тыс. м куб) | |
Нормативно-очищенных: |
|
биологически (тыс. м куб) | |
физико-химически (тыс. м куб) | |
механической (тыс. м куб) | |
БПК полный (в тоннах) | |
Нефтепродукты (в тоннах) | |
Взвешенные вещества (в тоннах) | |
Азот аммонийный (в кг) | |
Нитраты (в кг) | |
Нитриты (в кг) | |
СПАВ (в кг) | |
Фенолы (в кг) | |
Фосфор общий (в кг) |
Суммарный сброс в поверхностные водоемы в г. Уссурийске в 1999 году
г. Уссурийск
Уссурийский Райкоопзаготпром
АО «Приморский сахар»
Уссурийское водоканалуправление
Уссурийский танкоремонтный завод (в/ч 96576)
Уссурийский картонный комбинат
Уссурийская КЭЧ
АО «Дальсоя »
Уссурийское вагоно-рефрижераторное депо (ВЧД-7)
Автоколонна 1273
Нефтебаза г. Уссурийска
Таблица № 6
ОТВЕДЕНО СТОЧНЫХ ВОД: |
|
ВСЕГО: (тыс. м куб) | |
в том числе: |
|
Загрязненных без очистки (тыс. м куб) | |
Недостаточно очищенных (тыс. м куб) | |
Нормативно-чистых (без очистки) (тыс. м куб) | |
Нормативно-очищенных: |
|
биологически (тыс. м куб) | |
физико-химически (тыс. м куб) | |
механически (тыс. м куб) | |
БПК полный (в тоннах) | |
Нефтепродукты (в тоннах) | |
Взвешенные вещества (в тоннах) | |
Сухой остаток (в тоннах) | |
Алюминий (в кг) | |
Азот аммонийный (в кг) | |
Бор (в кг) | |
Железо (в кг) | |
Жиры, масла (в кг) | |
Медь (в кг) | |
Нитраты (в кг) | |
Нитриты (в кг) | |
СПАВ (в кг) | |
Сероводород (в кг) | |
Сульфаты (в тоннах) | |
Таннин (в кг) | |
Титан (в кг) | |
Фенолы (в кг) | |
Фосфор общий (в кг) | |
Хлориды (в тоннах) | |
Хром (в кг) | |
Цинк (в кг) |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Карюхина Т.А., Чурбанова И.Н. «Контроль качества воды» М: Стройиздат, 1986г.
2. Карюхина Т.А., Чурбанова И.Н. «Химия воды и микробиология» М: Стройиздат, 1983г.
3. Охрана производственных сточных вод и утилизация осадков Под редакцией В.Н. Соколова М: Стройиздат, 1992г.
4. Туровский И.С. «Обработка осадков сточных вод» М: Стройиздат, 1984г.
5. Сергеев Е. М., Кофф. Г. Л. «Рациональное использование и охрана окружающей среды городов.» -М.: Высшая школа, 1995г.
6. Новиков Ю.В. «Охрана окружающей среды»М.: Высшая школа, 1987г.
Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения.
Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы:
- 1. Механическое - Механическое загрязнение характеризуется попаданием в воду различных механических примесей -- песка, шлама, ила и др. Механические примеси могут значительно ухудшать органолептические показатели и качество вод, а также отрицательно влияют на условия обитания рыб и состояние экосистем. Тепловое загрязнение связано с повышением температуры воды в результате смешивания с более нагретыми поверхностными или технологическими водами, в результате чего происходит изменение газового и химического состава воды, размножение анаэробных бактерий, рост количества гидробионтов и выделение ядовитых газов -- сероводорода и метана. Одновременно происходит «цветение» воды, а также ускоренное развитие микрофлоры и микрофауны, что способствует развитию других видов загрязнения.
- 2. Химическое - Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных химических свойств вода за счет увеличения содержания в ней вредных примесей как неорганической (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы), так и органической природы (нефть и нефтепродукты, органические остатки, поверхностноактивные вещества, пестициды).
- 3. Бактериальное и биологическое - Сточные воды содержат большое число микроорганизмов, в том числе болезнетворных (патогенных) бактерий, что делает эту воду опасной в санитарном отношении. В бытовых сточных водах встречаются бактерии брюшного тифа, дизентерии и другие возбудители желудочно-кишечных заболеваний, а также яйца гельминтов (глистов), поступающие в сточные воды с выделениями людей и животных.
- 4. Радиоактивное - Радиоактивные вещества, попадающие в поверхностные и подземные воды, могут быть природного и искусственного происхождения. Наличие в воде природных радиоактивных веществ обусловлено соприкосновением ее с минералами, содержащими радиоактивные изотопы (и238, Ра226, ТЬ232), а также взаимодействием с атмосферой, из которой в воду попадают С14, Ве10, Н3. Степень радиоактивного загрязнения воды в этом случае обычно невелика.
- 5. Тепловое - тип физического (чаще антропогенного) загрязнения окружающей среды, характеризующийся увеличением температуры выше естественного уровня. Основные источники теплового загрязнения - выбросы в атмосферу нагретых отработанных газов и воздуха, сброс в водоемы нагретых сточных вод.
Основными источниками загрязнения и засорения водоемов является недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов, отходы производства при разработке рудных ископаемых; воды шахт, рудников, обработке и сплаве лесоматериалов; сбросы водного и железнодорожного транспорта; отходы первичной обработки льна, пестициды и т.д.
Загрязняющие вещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые в основном проявляются в изменении физических свойств воды, в частности, появление неприятных запахов, появление в ней вредных веществ, веществ на поверхности воды и откладывании их на дне водоемов.
Производственные сточные воды загрязнены в основном отходами и выбросами производства. Количественный и качественный состав их разнообразен и зависит от отрасли промышленности, ее технологических процессов. Их делят на две основные группы: содержащие неорганические примеси, токсические, и содержащие яды.
К первой группе относятся сточные воды содовых, сульфатных, азотно-туковых заводов, обогатительных фабрик свинцовых, цинковых, никелевых руд и т.д., в которых содержатся кислоты, щелочи, ионы тяжелых металлов и др. Сточные воды этой группы в основном изменяют физические свойства воды.
Сточные воды второй группы сбрасывают нефтеперерабатывающие, нефтехимические заводы, предприятия органического синтеза, коксохимические и др. В стоках содержатся разные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и другие вредные вещества. Вредоносное действие сточных вод этой группы заключается главным образом в окислительных процессах, вследствие которых уменьшается содержание в воде кислорода, увеличивается биохимическая потребность в нем, ухудшаются органолептические показатели воды.
Довольно вредным загрязнителем промышленных вод является фенол. Он содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий. При этом резко снижаются биологические процессы водоемов, процесс их самоочищения, вода приобретает специфический запах карболки.
Основные загрязнители сточных вод в промышленности – это фенолы, сульфаты, нитраты и соединения железа. Неочищенные стоки являются источником токсичных для человека и животных элементов (солей тяжелых металлов, болезнетворных бактерий и микроорганизмов).
Атмосферные осадки и воды, сбрасываемые с территорий промышленных предприятий и населенных пунктов через систему канализации или самотеком, называются сточными. Промышленные стоки содержат вещества, влияющие на общесанитарное состояние водоема, изменяющие органолептические показатели воды и содержащие токсичные для человека и животных вещества. В чем отличие ливневых, промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод? И как впоследствии используется фильтрат производственных стоков?
Виды сточных вод промышленных предприятий
Сточные воды промышленных предприятий по содержанию химических компонентов, реакции среды и источнику можно разделить на несколько групп. В зависимости от типа и характера стоков подбирают и систему очистки продуктов переработанного жидкого сырья промышленных производств.
По реакции среды сточные воды подразделяются на:
Неагрессивные (рН 6,5-8);
Слабощелочные (рН 8-9);
Слабокислые (рН 6-6,5);
Сильнощелочные (рН больше 9);
Сильнокислые (рН меньше 6).
В составе всех стоков можно выделить две основные группы загрязнителей - консервативные (не поддающиеся биологическому разложению) и неконсервативные (легко разлагающиеся в процессе самоочищения водоема).
Основные загрязнители
В состав производственных сточных вод могут входить нефтепродукты, тяжелые металлы, частицы грунта, руды, грибки, бактерии, дрожжи и органические вещества. В водоемах чаще всего встречаются фенолы, соединения цинка, меди, аммонийный и нитратный азот, анилин, ксантогенат калия, метилмеркаптан, лигнин и др. В зависимости от источника образования стоков можно с большой долей вероятности предположить характер загрязнения стоков (Таблица 1).
Таблица 1. Типы загрязнителей
|
Источник загрязнений |
Виды загрязнителей |
|
Заводы цветной и черной металлургии |
Минеральные вещества, цветные металлы, сульфаты, серная кислота, железный купорос. |
|
Нефтеперерабатывающие заводы |
нефтепродукты, взвешенные вещества, сероводород, соединения железа. |
|
Коксохимические предприятия |
взвешенные вещества, роданиды, |
|
Целлюлозно-бумажная промышленность |
Растворенные органические вещества, |
|
Машиностроительные и автомобильные заводы |
|
|
Текстильные предприятия |
Красители, |
После соответствующей очистки стоки можно использовать в качестве технологической воды или продуктов, поступающих на рецикл. Одним из наиболее перспективных методов утилизации производственных сточных вод, обогащенных азотом, калием или фосфором, является применение отработанных производственных продуктов для орошения сельскохозяйственных угодий и пастбищ.
Используемые источники:
1. Попов А. М., Румянцев И. С. Природоохранные сооружения.
2. Соколова В.Н. Охрана производственных сточных вод и утилизация осадков.
21.3. Загрязнение водных ресурсов, методы очистки сточных вод
Со сточными водами, с поверхностным стоком, стоком с сельскохозяйственных угодий, из атмосферы в водоемы поступают различные загрязнения. Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, делая воду данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения.
Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы: механическое – повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений; химическое – наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия; бактериальное и биологическое – наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и водорослей; радиоактивное – присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах; тепловое – выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС.
Основными источниками загрязнения водоемов являются недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий (рисунок 21.4), крупных животноводческих комплексов, отходы производства при разработке рудных ископаемых; обработке и сплаве лесоматериалов; воды шахт, рудников; сбросы водного и железнодорожного транспорта. Загрязняющие вещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые в основном проявляются в изменении физических свойств воды, в частности, появлении неприятных запахов, привкусов; в изменении химического состава воды, появлении в ней опасных веществ, в наличии плавающих веществ на поверхности и откладывании их на дне водоемов.
Рисунок 21.4 – Схема источников загрязнения подземных вод и водоемов:
I – грунтовые воды, II – напорные пресные воды, III – напорные соленые воды,
1 – трубопроводы, 2 – хвостохранилище, 3 – дымовые и газовые выбросы,
4 –подземные захоронения промстоков, 5 – шахтные воды, 6 – терриконы,
10 – водозабор, подтягивающий соленые воды, 11– объекты животноводства,
12 – внесение удобрений и пестицидов.
Производственные сточные воды загрязнены в основном отходами и сбросами производств. Количественный и качественный состав их разнообразен и зависит от отрасли промышленности, ее технологических процессов. В стоках производств содержатся нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и другие вещества.
Серьезные последствия у водных организмов возникают при повышенном содержании в воде тяжелых металлов.
Первичными и побочными продуктами промышленности являются стойкие органические загрязнители (СОЗ). СОЗ представляют собой малолетучие химически прочные соединения, которые могут оставаться в окружающей среде в течение длительного времени, не подвергаясь разложению. В связи с очень медленным разрушением СОЗ накапливаются во внешней среде и переносятся на большие расстояния потоками воды, а также воздуха, подвижными организмами. Они накапливаются в высоких концентрациях в воде и основных пищевых продуктах – в частности в рыбе. При этом даже малые концентрации некоторых стойких органических загрязнителей приводят к развитию болезней иммунной и репродуктивной систем, врожденным дефектам, порокам развития, онкологическим заболеваниям. Под воздействием СОЗ имело место резкое снижение численности популяций таких морских млекопитающих, как тюлени, дельфины, белуга. Согласно Стокгольмской конвенции (первое международное соглашение, нацеленное на прекращение производства и использования некоторых наиболее токсичных веществ в мире, вступило в силу 17 мая 2004 г.) к СОЗ отнесено 12 веществ: токсафен, альдрин, диэльдрин, эндрин, мирекс, ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтан), хлордан, гептахлор, гексахлорбензол (ГХБ), полихлорированные диоксины (ПХДД), полихлорированные фураны (ПХДФ), полихлорированные бифенилы (ПХБ). Из отмеченных веществ первая группа (8) – это устаревшие и запрещенные пестициды. Все они, кроме ДДТ, не только давно запрещены к производству, но и к использованию. ДДТ же до сих пор используют против опасных насекомых, переносчиков возбудителей тяжелых заболеваний, как малярия, клещевой энцефалит. Вторая группа включает промышленные продукты, которые используются в настоящее время. К ним относятся полихлорированные бифенилы. ПХБ устойчивы, токсичны, способны к биоаккумуляции. Они могут накапливаться в жировых тканях животных и человека, существовать там долгое время. ПХБ присутствуют повсеместно и обнаруживаются, даже в тканях животных, обитающих в диких ландшафтах. Гексохлорбензол (также вторая группа) может содержаться в промышленных отходах на промышленных предприятиях деревообрабатывающих заводов, они образуются при сжигании отходов. ГХБ токсичен для водной флоры и фауны, а также для наземных растений и животных, для человека. Третья группа веществ – ПХДД и ПХДФ (их обычно называют диоксины и фураны) обладает чрезвычайно высокой токсичностью и сильнейшим образом воздействует на иммунную систему человека. Их допустимая суточная доза (ДСД) исчисляется пиктограммами – величиной в миллион миллионов раз меньше грамма. Вместе с тем, в последнее время диоксины широко распространились по всему миру и обнаруживаются в тканях людей и животных. В Беларуси после её присоединения к Стокгольмской конвенции проводятся мероприятия по сокращению и ликвидации выбросов стойких органических загрязнителей (данные приведены по работе Е. А. Лобанова и М. В. Коровай «Проблемы обращения со стойкими органическими загрязнителями в Республике Беларусь.– Мн. : УП «Орех», 2005 – 24 с.).
В последнее время большое внимание привлекают такие компоненты, содержащиеся в воде, как аммонийный, нитритный, нитратный азот, которые попадают в водоемы, водотоки разными путями. Обнаружение азота в воде в значительной степени связано с разложением белоксодержащих органических соединений, поступающих в водоемы, водотоки со сточными бытовыми и промышленными водами. Кроме указанного пути возможно поступление азота в водоисточники с атмосферными осадками, поверхностным стоком, при рекреационном использовании водоемов, водотоков. Существенным источником попадания азота в водоемы являются животноводческие комплексы. Большую опасность для водоемов представляет поверхностный сток с сельскохозяйственных угодий, где используются химические удобрения, так как в их состав часто входит азот. Один из источников поступления его в водоемы – земли, подвергнутые осушительной мелиорации. Все увеличивающееся применение азотных удобрений, загрязнение окружающей среды азотсодержащими промышленными и бытовыми отходами приводит к возрастанию содержания аммонийного, нитритного, нитратного азота в воде, к загрязнению ими воды.
Вместе с тем установлено, что они могут оказывать отрицательное действие на человека, животных. Большая опасность заключается в том, что нитриты и нитраты способны в организме человека частично превращаться в высококанцерогенные (вызывающие раковые заболевания) нитрозосоединения. Последние обладают также мутагенными и эмбриотоксическими свойствами. Нитриты вызывают разрушение витамина А в организме животных, снижают активность пищеварительных ферментов, вызывают расстройство желудочно-кишечного тракта. В доброкачественной воде нитритов не должно быть или могут содержаться только их следы. Очень высокие концентрации нитратов в воде действуют на животных токсически, вызывая поражение нервной системы. При употреблении воды, содержащей 50–100 мг/дм 3 нитратов, повышается уровень метгемоглобина в крови и возникает заболевание метгемоглобинемия. Образовавшийся метгемоглобин не способен переносить кислород, поэтому при значительном его содержании в крови возникает кислородное голодание, когда поступление кислорода к тканям (при снижении его содержания в крови) или способность тканей использовать кислород оказываются ниже, чем их потребность в нем. Вследствие этого в жизненно важных органах развиваются необратимые изменения. Наиболее чувствительны к кислородной недостаточности центральная нервная система, мышца сердца, ткани почек, печени. Степень выраженности метгемоглобинемии при поступлении нитратов во внутреннюю среду организма зависит от возраста и дозы нитратов, от индивидуальных особенностей организмов. Уровень метгемоглобина при одних и тех же дозах нитратов тем выше, чем меньше возраст организма. Установлена и видовая чувствительность к метгемоглобинообразующему действию нитратов. Чувствительность человека к нитратам превышает чувствительность к ним некоторых животных.
В общем, в водоемы поступает большое количество загрязняющих веществ. В перечне основных из них имеется 12 (приводятся по публикации В. Л. Гуревича, В. В. Левковича, Л. М. Скориной, Н. В. Станилевич. «Обзор документов ВОЗ и ЕС по обеспечению качества питьевой воды», 2008):
– органогалогеновые соединения и вещества, которые могут образовывать такие соединения в водной среде;
– фосфорорганические соединения;
– оловоорганические соединения;
– вещества, препараты или продукты распада того, что, как было доказано, имеет канцерогенные или мутагенные свойства, а также свойства, которые через водную среду могут влиять на репродуктивную функцию организма, функции щитовидной железы или другие функции, связанные с эндокринной системой;
– устойчивые углеводороды, устойчивые и биоаккумулируемые органические токсичные вещества;
– цианиды;
– металлы и их соединения;
– мышьяк и его соединения;
– биоциды и продукты защиты растений;
– взвеси;
– вещества, способствующие евтрофированию (в частности, нитраты и фосфаты);
– вещества, неблагоприятно влияющие на кислородный баланс.
Оценка современного состояния качества воды в Беларуси, бассейне Днепра свидетельствует о наличии химического и других видов загрязнения. Так, в реки Белорусского Полесья сбрасываются различные химические ингредиенты, 12 из них отмечаются почти регулярно – взвешенные вещества, сульфаты, хлориды, фосфаты, азот аммонийный, нитритный и нитратный, СПАВ (синтетические поверхностно-активные вещества), медь, цинк, никель, хром.
В связи с опасностью, которую представляют загрязняющие вещества, попадающие в окружающую среду, в том числе в водоемы, в разных странах и в Беларуси осуществляется экологическое нормирование. Система нормативно-технического обеспечения включает нормативы ПДК и ПДС (предельно-допустимых сбросов). ПДК (предельно-допустимая концентрация) – это количество вредного вещества в окружающей среде при постоянном контакте или при воздействии за определенный промежуток времени, практически не влияющее на здоровье человека и не вызывающее неблагоприятных последствий у его потомства. Пороговые значения вещества, при которых в организме еще не может произойти никаких необратимых патологических изменений, принимаются в качестве ПДК. Значение ПДК устанавливается органами здравоохранения. Имеются ПДК для многих вредных, опасных веществ. Применительно к таким веществам верхний предел не должен превышаться, ни при каких условиях. Основным средством для соблюдения ПДК является установление ПДВ (предельно-допустимых выбросов). Они являются научно-техническим нормативом, установленным для каждого источника загрязнения, исходя из условия, что сбросы загрязняющих веществ не создадут концентраций, превышающих установленные нормативы.
На территории Республики Беларусь действуют санитарные нормы, правила и гигиенические нормативы, отраженные в ряде документов:
1 Сборник гигиенических нормативов по разделу коммунальной гигиены. Республиканские санитарные правила, нормы и гигиенические нормативы. Министерство здравоохранения Республики Беларусь. – Мн., 2004. – 96 с.
2 13.060.10 Вода естественных источников. СанПин 2.1.2.12–33–2005. Гигиенические требования к охране поверхностных вод от загрязнения.
3 13.060.20 Питьевая вода. СанПин. Гигиенические требования к питьевой воде, расфасованной в емкости (Постановление Министерства здравоохранения Республики Беларусь от 29.06.2007 № 59).
4 СанПин 2.1.4.12–23–2006. Санитарная охрана и гигиенические требования к качеству воды источников централизованного питьевого водоснабжения населения (Постановление Главного государственного санитарного врача Республики Беларусь от 22.11.2006 № 141).
5 13.060.50 Исследования воды для определения содержания химических веществ. ГН 2.1.5.10–20–2003. Ориентировочные допустимые уровни (ОДУ) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.
6 ГН 2.1.5.10–21–2003. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.
7 СП 2.1.4.12–3–2005. Санитарные правила для хозяйственно-питьевых водопроводов.
Приведенный перечень документов отражен в Каталоге СанПин по состоянию на 01.05. 2008 г. (НП РУП «Белорусский государственный институт стандартизации и сертификации – БелГИСС, Минск, 2008).
Значения ПДК 16 показателей, принятых в странах Днепровского бассейна (РБ, РФ, Украина), ЕС, США, ВОЗ приводятся в книге «Трансграничный диагностический анализ бассейна реки Днепр. Программа экологического оздоровления бассейна реки Днепр. – Мн., 2003. – 217 с.».
ПДК некоторых показателей, имеющихся в указанной работе, для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения следующие: рН – 6–9 (РБ и РФ), 6,5–8,5 (Украина), кислород, мг/дм 3 (концентрация других показателей приводится в таких же единицах) – 4 (РБ, РФ, Украина), БПК 5 (БПК – биохимическое потребление кислорода, выражается концентрацией кислорода в мг/дм 3 , БПК 5 – утрата кислорода в 5-и суточной пробе, дает представление о количестве растворенных и взвешенных веществ в воде) – 6,0 (РБ), 2,0–4,0 (РФ), 4,0 (Украина), аммонийный азот-N – 1,0 (РБ), 2,0 (РФ, Украина), нитритный азот-N – 0,99 (РБ), 0,91 (РФ) и 1,0 (Украина), нитратный азот-N – 10,2 (РБ, РФ, Украина), РО 4 -Р – 0,2 (РБ), 1,14 (РФ, Украина), нефтепродукты – 0,3 (РБ, РФ, Украина), фенолы – 0,001 (РБ, РФ, Украина), СПАВ – 0,5 (РБ, РФ). Нормы для источников питьевого водоснабжения: рН – 6,5–8,5 (ЕС), аммонийный азот-N – 0,39 (ЕС), 1.5 (ВОЗ), нитритный азот-N – 0,91 (ВОЗ), нитратный азот-N – 11,3 (ЕС, ВОЗ), РО 4 -Р – 0,15 (ЕС).
В водоемах и водотоках происходит естественный процесс самоочищения воды. Пока промышленно-бытовые сбросы были невелики, водоемы и водотоки сами справлялись с ними. В наш индустриальный век, в связи с резким увеличением количества отходов, происходит нарушение процессов самоочищения. Возникает необходимость обезвреживать и очищать сточные воды.
Очистка сточных вод – это обработка сточных вод с целью разрушения или удаления из них вредных веществ. Освобождение сточных вод от загрязнения – сложное производство. В нем, как и в любом другом производстве, имеется сырье (сточные воды) и готовая продукция (очищенная вода). Схема очистки сточных вод дана на рисунке 21.5.
Рисунок 21.5 – Блок-схема очистных сооружений канализации
(по А. С. Степановских, 2003)
1 – сточная жидкость; 2 – узел механической очистки; 3 – узел биологической очистки; 4 – узел дезинфекции; 5 – узел обработки осадка; 6 – очищенная вода;
7 – обработанный осадок. Сплошной линией показано движение жидкости, пунктиром – движение осадка
Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические, когда же они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.
Индекс загрязнения воды. Вычисление ИЗВ основывается на расчете среднегодовых концентраций шести ингредиентов, два из которых являются обязательными: растворенный кислород и БПК 5 , остальные четыре выбираются исходя из приоритетности превышения ПДК.
, (38)
где С i – концентрация i -го показателя в воде, мг/дм 3 ;
ПДК i – предельно допустимая по i -му показателю, мг/дм 3 .
Класс качества и степень загрязнения воды определяются из таблицы 21.3.
Таблица 21.3 – Классификация качества поверхностных вод по величине ИЗВ
|
Величина ИЗВ |
Степень загрязнения |
Класс качества воды |
|
Менее или равно 0,3 |
Чистые |
|
|
Более 0,3 до 1 |
Относительно чистые |
|
|
Умеренно загрязненные |
||
|
Загрязненные |
||
|
Очень грязные |
||
|
Чрезвычайно грязные |
| Предыдущая |
химическую обработку для связывания и осаждения биогенных элементов или уничтожения водорослей;
нарушение стратификации и реаэрацию;
сбор фитомассы и биоманипуляцию.
Профилактические методы, используемые для предотвращения эвтрофирования:
контроль сброса биогенных веществ;
удаление биогенных веществ из сточных вод;
использование предварительных отстойников;
стратегическая перестройка управления водопользованием в бассейне.
17 ЗАГРЯЗНЕНИЕ БЫТОВЫМИ СТОЧНЫМИ ВОДАМИ
Старейшим видом загрязнения вод являются прямые отходы человеческой жизнедеятельности. В пересчете на сухое вещество каждый взрослый человек за год «производит» около 20 кг органического вещества, 5 кг азота и 1 кг фосфора. Первоначально эти отходы напрямую использовались в качестве удобрений, затем появились первые земляные уборные. Часть отходов при этом неизбежно попадала в источники питьевой воды. Именно поэтому большие города уже в древности стали строить водопроводы из достаточно удаленных от мест скопления людей источников.
С появлением ватерклозетов вторично возникла идея простого решения проблемы – разведения отходов и удаления их от места сброса. Объемы, а затем и состав подлежащих очистке сточных вод существенно изменились. Коммунально-бытовые стоки поступают в настоящее время не только из жилых зданий, но и из больниц, столовых, прачечных, небольших промышленных предприятий и т.п. Современные бытовые стоки, кроме собственно легкоокисляемых органических веществ и биогенных элементов содержат множество веществ, использующихся в повседневном обиходе: детергенты и СПАВ, химикалии, лекарственные препараты и т.д.
Поступающие в водотоки и водоемы легкоокисляемые органические вещества подвергаются там химическому и микробиологическому окислению. Для измерения содержания органических веществ в воде принято пользоваться величиной биохимического потребления кислорода за 5 сут. (БПК5 , BOD5 – Biochemical Oxygen Demand). Ее определяют по разнице содержания в воде кислорода при отборе пробы и после пяти суток инкубации без доступа кислорода. БПК5, отражая содержание легкоокисляемой органики в воде, является универсальным показателем, используя
который можно сопоставить степень загрязнения от разных источников. Так, в таблице 20 загрязнение от предприятий различного профиля выражено в эквивалентах загрязнения от людей.
Таблица 20 Загрязненность органикой промышленных сточных вод в эквивалентах бытовых стоков
Производство | Суточная продукция или | Эквивалент стоков от |
переработка 1 т | ||
Деревообрабатывающий | Древесной стружки | |
Молокозавод | ||
1 голова крупного рогатого | ||
скота или 2,5 свиньи | ||
Сырозавод | ||
Крахмальный завод | Кукурузы или пшеницы | |
Бумажный комбинат | ||
Завод по производству | Материала | |
искусственного волокна | ||
Сахарный завод | Сахарной свеклы | |
Льномочильная фабрика | ||
Спиртовый завод | ||
Шерстомойня | ||
Предприятие по | ||
отбеливанию тканей | ||
Фабрика-прачечная | Грязного белья | |
Пивоваренный завод | ||
Целлюлозная фабрика | Целлюлозы | |
Кожевенный завод |
Последствия загрязнения бытовыми сточными водами
Легкоокисляемое органическое вещество, в избытке содержащееся в коммунальнобытовых стоках, становится питательной средой для развития множества микроорганизмов, в том числе и патогенных. В нормальной почве содержится большое количество микроорганизмов, способных вызывать тяжелые инфекционные заболевания. Обычно питьевая вода защищена от вторжения этих микроорганизмов тем, что содержание в ней доступной пищи для бактерий (легкоокисляемых органических веществ) невелико и практически все они используются нормальной водной микрофлорой. Однако со значительным ростом концентрации органики в воде почвенные патогенные микроорганизмы находят достаточно источников пищи для себя и могут стать источником вспышки инфекции. Кроме того, повышение количества органики в воде стимулирует рост и непатогенной микрофлоры, служащей, в свою очередь, пищей для более крупных возбудителей заболеваний – ряда амеб (как это было, например, с амебами, вызвавшими
Кроме непосредственной опасности развития патогенных организмов в воде, загрязненной бытовыми стоками существует другое непрямое неприятное для человека последствие этого вида загрязнений. При разложении органического вещества (и химическом, и микробиологическом), как мы уже упоминали выше, потребляется кислород. В случае тяжелого загрязнения содержание растворенного в воде кислорода падает настолько, что это сопровождается не только заморами рыбы, но и невозможностью нормального функционирования микробиологических сообществ. Происходит деградация водной экосистемы. В проточных водах и в водоемах картина последствий загрязнения бытовыми стоками выглядят по-разному.
В проточных водах образуются четыре, следующие друг за другом по течению, зоны. В них совершенно четко выражены градиенты содержания кислорода (увеличение от места сброса вниз по течению), биогенных веществ и БПК 5 (соответствующее снижение), видового состава биологических сообществ.
Первая зона – зона полной деградации, где происходит смешивание сточных и речных вод. Далее располагается зона активного разложения, в которой микроорганизмы разрушают большую часть попавших органических веществ. Затем следуют зоны восстановления качества воды и, наконец, чистой воды.
Еще в начале ХХ в. Р. Кольквитц и М. Марссон привели списки индикаторных организмов для каждой из этих зон, создав так называемую шкалу сапробности (от «сапрос», гр. – гнилой).
В первой зоне – полисапробной содержится значительное количество нестойких органических веществ и продуктов их анаэробного распада, много белковых веществ. Фотосинтез отсутствует, и кислород поступает в воду только из атмосферы, полностью расходуясь на окисление. Анаэробные бактерии вырабатывают метан, Desulfovibrio
82 desulphuricans восстанавливает сульфаты до сероводорода, что способствует образованию черного сернистого железа. Благодаря этому ил черный, с запахом сероводорода. Очень много сапрофитной микрофлоры, нитчатых бактерий, серных бактерий, простейших – инфузорий, бесцветных жгутиковых, олигохет – тубифицид.
В следующей за ней б-мезосапробной зоне идет аэробный распад органических веществ. Аммонийные бактерии метаболизируют азотные соединения с образованием аммиака. Высокое содержание углекислоты, кислорода все еще мало, но сероводорода и метана уже нет, БПК5 составляет десятки мг л-1 . Сапрофитные бактерии исчисляются десятками и сотнями тысяч в 1 мл. Железо присутствует в окисной и закисной формах. Протекают окислительно-восстановительные процессы. Ил серого цвета. Преобладают организмы, приспособившиеся к недостатку кислорода и высокому содержанию углекислоты. Много растительных организмов с миксотрофным питанием. В массе развиваются нитчатые бактерии, грибы, осциллятории, хламидомонады, эвглены. Встречаются сидячие инфузории, коловратки, много жгутиковых. Много тубифицид и личинок хирономид.
В в-мезосапробной зоне практически нет нестойких органических веществ, они почти полностью минерализовались. Сапрофитов – тысячи клеток в мл. Содержание кислорода и углекислоты колеблется в зависимости от времени суток. Ил желтый, идут окислительные процессы, много детрита. Много организмов с автотрофным питанием, наблюдается цветение воды. Встречаются диатомеи, зеленые, много протококковых водорослей. Появляется роголистник. Много корненожек, солнечников, инфузорий, червей, моллюсков, личинок хирономид. Встречаются ракообразные и рыбы.
Олигосапробная зона соответствует зоне чистой воды. Цветения не бывает, содержание кислорода и углекислоты постоянно. На дне мало детрита, автотрофных организмов и червей, моллюсков, хирономид. Много личинок поденок, веснянок, можно встретить стерлядь, гольяна, форель.
В водоемах замедленного водообмена картина зависит от размеров водоема и режима сброса сточных вод. В больших водоемах (морях, крупных озерах) вокруг постоянно действующего источника образуются, концентрически расположенные, поли-, мезо и олигосапробная зоны. Такая картина может сохраняться неопределенно долгое время, если самоочистительный потенциал водоема позволяет ему справляться с поступающей нагрузкой. Если водоем небольшой, то он трансформируется, по мере
