 |
|
Забруднення природних вод
Тема 5. Інженерні методи захисту водного середовища
1. Забруднення природних вод.
2. Водовідведення.
3. Методи очищення стічних вод.
4. Технологічна схема очищення побутових стічних вод.
Забруднення природних вод
В результаті інтенсивного використання людством водних ресурсів в гідросфері відбуваються значні кількісні та якісні зміни. Кількісні зміни полягають в тому, що в певних районах змінюється кількість води, придатної для господарських потреб, водний баланс, режим річок тощо. Якісні зміни зумовлені тим, що більшість річок і озер є не тільки джерелами водопостачання, але й басейнами, куди скидаються промислові, сільськогосподарські та господарсько-побутові стоки. Нині на Землі вже практично не залишилося великих річкових систем з гідрологічним режимом і хімічним складом води, не спотвореними діяльністю людини.
Забруднюючі речовини у водні об’єкти надходять такими шляхами:
– зі стічними водами населених пунктів, промислових і сільськогосподарських підприємств;
– з дощовими і талими водами в результаті змиву з поверхні ґрунту побутового бруду, нафтопродуктів, добрив, отрутохімікатів та інших речовин;
– від водного транспорту і споруд на берегах;
– з викидами в атмосферу.
Неочищені та частково очищені стічні води, потрапляючи у водні об’єкти, призводять до змін фізико-хімічних властивостей природних вод, забруднюють їх.
Забруднення вод – це спричинені господарською діяльністю зміни якості води у порівнянні з її природним станом та нормами якості по видах водокористування, які роблять цю воду частково або повністю непридатною для використання за цільовим призначенням.
Всі забруднюючі речовини, що надходять у водні об’єкти, можна поділити на:
– мінеральні (пісок, глина, шлаки, золи, розчини та емульсії солей, кислот, лугів, радіоактивні сполуки);
– органічні (речовини рослинного та тваринного походження, а також смоли, феноли, спирти, фарбники, альдегіди, сіркомісткі сполуки тощо);
– біологічні (патогенні бактерії, віруси, збудники інфекцій).
Розрізняють три види забруднення вод: хімічне, фізичне та біологічне.
Хімічне забруднення води відбувається внаслідок надходження у водойми із стічними водами різних шкідливих домішок неорганічної (кислоти, мінеральні солі, луги тощо) та органічної природи (нафта й нафтопродукти, органічні сполуки, поверхнево-активні речовини, миючі засоби, пестициди тощо). Більшість з цих речовин є токсичними (отруйними) для мешканців водойм – сполуки миш’яку, свинцю, ртуті, міді, кадмію, хрому, фтору тощо. Вони поглинаються фітопланктоном і передаються далі по харчових ланцюгах більш високоорганізованим організмам.
Цей процес супроводжується кумулятивним ефектом, який полягає у прогресуючому збільшенні вмісту шкідливих сполук в кожній наступній ланці харчового ланцюга. Так, у фітопланктоні вміст шкідливої сполуки буде в десять разів більший, ніж у воді, в зоопланктоні (рачки, личинки тощо) – підвищиться ще вдесятеро, в рибі, яка живиться зоопланктоном – ще вдесятеро. В результаті в тканинах хижої риби (щука, судак) концентрація отрути може в тисячі разів перевищувати її концентрацію у воді, що дуже небезпечно для птахів, тварин і людей.
Основними джерелами хімічного забруднення є доменне та сталеливарне виробництво, підприємства кольорової металургії, гірничодобувної, хімічної, целюлозно-паперової, нафтопереробної промисловості (в стічних водах цих підприємств містяться нафтопродукти, феноли, складні органічні забруднення, хлор, кольорові метали та ін.), а також екстенсивне сільське господарство, великі тваринницькі комплекси тощо.
Значну кількість органічних сполук, яких раніше не було в природі, містять стоки хімічних підприємств. Багато з цих речовин біологічно активні, дуже стійкі і важко видаляються із стоків. Останнім часом особливе місце серед них посідають синтетичні миючі засоби – детергенти. Більшість з них містить фосфор. Зростання кількості фосфатів у річках, озерах і морях спричинює інтенсивний розвиток синьо-зелених водоростей, “цвітіння” водойм, що супроводжується різким зниженням вмісту у воді кисню, “заморами” риби, загибеллю інших водних тварин. Детергенти також надзвичайно утруднюють роботу каналізаційних очисних споруд, уповільнюючи процеси коагуляції при очищенні стічних вод.
Окрім безпосереднього скидання стічних вод необхідно враховувати також можливість забруднення поверхневих вод при взаємодії з іншими природними середовищами: атмосферою, літосферою. Так, у поверхневі води надходить багато нітратів через нераціональне застосування азотних добрив та збільшення автотранспортних викидів. Це ж стосується і фосфатів (добрива, миючі засоби), вуглеводнів (нафта та продукти її переробки) та ін.
З розвитком великих тваринницьких та птахоферм, де кількість тварин сягає десятків і сотень тисяч, постала проблема сильного забруднення довкілля і в сільськогосподарських районах. У зонах, де розташовані приміщення для утримання птахів, свиней, корів, в повітря надходить велика кількість сірководню, аміаку і вуглекислого газу, а в ґрунти та ґрунтові води – органічних забруднень і хімічних синтетичних продуктів. Одна велика сучасна свиноферма (100 тис. голів), де використовують гідрозмив нечистот, забруднює довкілля з такою ж інтенсивністю та у такому ж обсязі, як сучасне місто з населенням в 300-400 тис. осіб.
Змив з поверхні землі у водойми і водотоки органічних речовин та мінеральних добрив призводить до надлишку в них поживних речовин і, як наслідок, до евтрофікації та заростання водних об’єктів. Спочатку із збільшенням концентрації біогенних речовин спостерігається бурхливий розвиток водної рослинності – переважно, синьо-зелених водоростей, після відмирання яких біомаса опускається на дно, де відбувається її мінералізація із споживанням великої кількості розчиненого кисню, а після повного вичерпання кисню розпочинається її безкисневе бродіння з виділенням метану (СН4) та сірководню (H2S), що отруюють водойму і призводять до загибелі більшості гідробіонтів (окрім анаеробних мікроорганізмів).
Фізичне забруднення води пов’язане із зміною її фізичних властивостей: прозорості, вмісту мінеральних та інших нерозчинених домішок, радіоактивних речовин та температури. Суспензії піску, намулу, глинистих частинок потрапляють у водойми, головним чином, за рахунок поверхневого змиву дощовими водами із сільськогосподарських полів, особливо тоді, коли розорюються водозахисні смуги вздовж річок, і орні ділянки наближаються до самого урізу води. Багато суспензій потрапляє у водотоки з діючих підприємств гірничорудної промисловості, таких як промивні установки, драги тощо. Пил надходить у водойми із сильними вітрами, особливо в суху погоду. Тверді частинки різко знижують прозорість води, пригнічують процеси фотосинтезу водних рослин, забивають зябра риб і погіршують смакові якості води.
Надзвичайну небезпеку для всього живого становлять радіоактивні домішки, що потрапляють у водойми через викиди АЕС (особливо під час аварій), з частками золи від працюючих ТЕС тощо. Слід зазначити, що навіть за нормальної роботи ядерних реакторів у охолоджуючі поверхневі води можуть потрапляти нейтрони, під дією яких молекули води і домішки (продукти корозії) стають радіоактивними. Крім того, захисні цирконієві оболонки тепловиділяючих елементів можуть мати мікротріщини, крізь які у водне середовище потрапляють продукти ядерних реакцій (зокрема, 90Sr, 137Cs, які мають тривалий період напіврозпаду). У водних об’єктах радіоактивні речовини зазнають фізико-хімічних перетворень (адсорбція на завислих речовинах, осадження, осадоутворення, перенесення течіями, поглинання живими організмами, накопичення в їх тканинах). У живих тканинах накопичуються, перш за все, радіоактивна ртуть, фосфор, кадмій, в ґрунтах – ванадій, цезій, ніобій, цинк, у воді залишаються сірка, хром, йод.
Теплове забруднення водойм є особливим видом забруднення гідросфери, спричиненим скидом у водойми теплих вод від різних енергетичних установок. Величезна кількість тепла, що надходить з нагрітими водами в річки й озера, істотно змінює їх термічний та біологічний режими. Серед джерел теплового забруднення гідросфери перше місце посідають АЕС і ТЕС, які скидають у водойми від 1/3 до 1/2 теплової енергії, що виробляється. Як свідчать спостереження, на ділянках річок нижче за течією від ТЕС та АЕС порушуються умови нересту риб, гине зоопланктон, риби уражаються хворобами і паразитами.
Вчені-гідробіологи встановили таку характерну послідовність дії підвищених температур на мешканців озер і річок:
• до 26°С – помітного шкідливого впливу не спостерігається;
• 26-30°С – пригнічення життєдіяльності риб;
• понад 30°С – шкідлива дія на біоценози (гине зоопланктон, порушується нерест риб);
• 34-36°С – гине риба й деякі інші види організмів.
При значному тепловому забрудненні риби задихаються і гинуть, оскільки потреба в кисні зростає, а його розчинність – навпаки, зменшується. Кількість розчиненого кисню зменшується ще й тому, що при тепловому забрудненні відбувається бурний розвиток водоростей, вода “цвіте” з наступним гниттям відмираючої рослинної маси. Крім того, теплове забруднення істотно підвищує токсичність багатьох хімічних сполук, зокрема, важких металів.
Біологічне забруднення водного середовища полягає в надходженні у водойми із стічними водами різних видів мікроорганізмів, рослин і тварин (віруси, бактерії, гриби, найпростіші, черви), яких раніше тут не було. Багато з них є хвороботворними для людей, тварин і рослин.
Біологічне забруднення може призводити до епідемій холери, брюшного тифу, паратифу та інших кишкових інфекцій, а також до деяких вірусних захворювань (наприклад, гепатиту). Головними джерелами біологічного забруднення поверхневих вод суші та прибережних морських вод є комунально-побутові стоки, харчові відходи, а також стічні води підприємств харчової (бійні, м’ясокомбінати, молочні, сироробні, цукрові заводи), целюлозно-паперової та хімічної промисловості, шкірзаводів та ін., а в сільській місцевості – стоки крупних тваринницьких комплексів.
Водовідведення
Воду, що повертається за допомогою технічних споруд і засобів з господарської ланки кругообігу води в його природні ланки у вигляді стічної, шахтної, кар’єрної чи дренажної води називають зворотною.
Вода, що утворюється в процесі господарсько-побутової і виробничої діяльності, а також при відведенні із забудованої території стоку атмосферних опадів називається стічною.
Вода скидна – це вода, що відводиться від зрошуваних сільгоспугідь, забудованих територій, які поливають, та від ділянок, на яких застосовують гідромеханізацію.
Дренажною називають воду, що профільтрувалася в дренаж з тіла гідротехнічної споруди або її фундаменту, а також з очисних споруд фільтруючого типу, осушуваного земельного масиву, підтоплюваної території підприємства, міста тощо.
Відповідно до якісних характеристик забруднень і залежно від походження стічні води поділяють на такі основні категорії:
• господарсько-побутові води (стоки від туалетів, душових, лазень,пралень, їдалень, лікарень та миття приміщень); за ступенем забруднення вони можуть бути фекальними (забруднені фізіологічними відходами) і господарськими (забруднені різного роду господарськими відходами);
• виробничі води (стоки, що утворюються після використання води в технологічних процесах на підприємствах, пунктах миття автотранспорту і техніки, тваринницьких комплексах, підсобних господарствах тощо); виробничі стічні води, що використовуються для охолодження агрегатів, відносяться до умовно чистих і не потребують очищення (але потребують охолодження);
• атмосферні (зливові) води – це стоки, що утворюються внаслідок випадання атмосферних опадів, вони забруднені вуличним сміттям, різними відходами, нафтопродуктами, насичені атмосферними газами та аерозолями і поділяються на дощові і талі;
• спеціальні води – це стоки, що мають у своєму складі специфічні (токсичні) речовини.
За характером забруднення стічні води поділяють на такі, що містять мінеральні речовини, органічні речовини або одночасно ті та інші. До мінеральних відносяться частинки ґрунту, руди, шлаку, металів, мінеральні солі, кислоти, луги та інші неорганічні речовини. Органічні домішки досить різноманітні і утворюються в результаті надходження у стічні води залишків сировини, реагентів та продуктів виробництва, відходів життєдіяльності людей і тварин, речовин рослинного походження тощо. Органічні речовини характеризуються присутністю у їх складі вуглецю, водню, у багатьох випадках кисню та азоту, а також сірки, фосфору, хлору і металів.
Серед органічних домішок можна виділити групу біологічних і бактеріальних забруднень (дріжджі, гриби, бактерії, включаючи хвороботворні), які зустрічаються у стічних водах шкір заводів, м’ясокомбінатів, фабрик первинної обробки вовни, підприємств біохімічної промисловості та в побутових стоках.
На відміну від побутових стічних вод склад виробничих стоків є більш різноманітним за видами та концентраціями забруднюючих речовин і залежить від типу промислового підприємства, характеру технологічних процесів та інших факторів. Перед скиданням у водні об’єкти стоки обов’язково повинні очищатися на очисних спорудах від забруднюючих речовин та знезаражуватися.