Охрана и использование водных ресурсов

Отработанные  травильные растворы металлообрабатывающей промышленности загрязняют почву, грунтовые воды, кроме того, безвозвратно теряется серная кислота и другие ценные продукты, поэтому предварительная очистка непосредственно на предприятии обязательна.

На заводе стальных конструкций в городе Волжске построена промышленная установка по получению микроудобрений из травильных растворов. Для этого шлаки перемешивают с травильными растворами с целью перевода содержащихся в них кальция, магния, никеля и других веществ в сульфиды. Массу сушат и получают микроудобрения, хорошо усваиваемые растениями.

Контроль  за качеством вод.

Водоёмы используют для водоснабжения населения, промышленности, сельского хозяйства, для разведения  рыбы, перевоза грузов водным транспортом, выработки электроэнергии и отдыха. Кроме того, водоёмы служат естественными приемниками хозяйственно-бытовых, промышленных и сельскохозяйственных сточных вод.

Питьевая вода должна быть безвредна для человека, иметь хорошие органолептические  свойства, которые характеризуются  интенсивностью допустимого изменения запаха, вкуса и цвета. Концентрация химических веществ, попадающих в источники со стоками, не должна превышать допустимых норм, установленных Министерством здравоохранения РФ для источников централизованного водоснабжения.

Качество воды всё время контролируется в местах забора, перед поступлением в водопроводную  сеть, в процессе обработки и на очистных сооружениях. Для оценки качества воды при использовании её в промышленных целях определяют:

1) сухой остаток,  характеризующий содержание солей и коллоидно растворённых веществ;

2) прокалённый  остаток на содержание нелетучих  веществ;

3) электропроводность, характеризующую степень загрязнённости  воды электролитами;

4) биохимическую  потребность кислорода БПК5,характеризующую пятидневный расход кислорода, необходимого для разложения и окисления содержащихся в воде веществ,или интенсивность биохимических процессов;

5) величину водородного  показателя pH; для нейтральной среды pH=7,для кислой менее 7, для щелочной более7; pH в пределах нормы равен 6,8 - 7,3; отклонения от этих значений свидетельствуют о загрязнении воды органическими соединениями;

6) количество  грубодисперсных веществ (глины,  песка и других пород);

7) наличие кремниевой  кислоты, которая способствует  образованию трудноудаляемой накипи, поэтому этот показатель важен при использовании воды в теплообменных устройствах.

Аналитический контроль сточных вод промышленных предприятий заключается в оценке их органолептических свойств (запаха, вкуса, цвета),в определении мутности (или прозрачности) и концентрации взвешенных веществ. Кроме того, определяют общие показатели качества вод (солесодержание, жёсткость, содержание прокалённого остатка, температуру, pH, кислотность, щёлочность, бихроматную окисляемость (ХПК), перманганатную окисляемость (БПК),содержание эфирорастворимых веществ),содержание органических веществ (остаточного хлора, аммония, неорганических анионов,

кислорода, металлов, кремнекислоты),а также определяют содержание нефтепродуктов, синтетических  поверхностн активных веществ и полиакриламидов.

Для приборного анализа сточных вод используют спектрофотометр "Сатурн", позволяющий  определять концентрации тяжёлых металлов (Ba,Ca,K,Pb,Co) и кварцевые спектрофотометры СФ-4,СФ-44, СФ-Ф6 и СФ-18 с автоматической записью для определения количества нефтепродуктов, красителей, фенолов. Спектрофотометрический метод анализа применяют также для определения мочевины, содержащейся в сточных водах химических предприятий.

Количество отходов  целлюлозно-бумажной промышленности (лигнин и лигносульфоновые кислоты) определяют с помощью флуорометрического метода. Газохроматография позволяет определять общий и органический углерод, нефтепродукты и пестециды. За рубежом разработаны автоматические станции "Монитор", контролирующие содержание взвешенных веществ, хлоридов, растворённого кислорода и величину водородного показателя pH.

При автоматическом контроле, обеспечивающем получение  постоянной информации, можно управлять  технологическими процессами. В случае недостаточной очистки можно  прекратить сброс сточных вод или подачу питьевой воды потребителям. 

Методы  очистки сточных вод.

Производственные  сточные воды по своему составу разнообразны. Присутствующие в них загрязнения  могут находиться в различных  агрегатных состояниях. Для выбора методов очистки сточных вод и оборудования примеси, содержащиеся в воде, подразделяют на четыре группы.

1 группа - грубодисперсные  примеси - частицы почвы, песка,  глины, эмульсий, которые попадают  в водоёмы с промышленных предприятий,  а также в результате смыва  почв. На поверхности таких частиц могут находиться патогенные микроорганизмы, вирусы, радиоактивные вещества.

Для удаления примесей этой группы используют физико-химические процессы, позволяющие с помощью  специальных веществ укрупнять  частицы с последующим их осаждением, проводить процесс адгезии - прилипания примесей к поверхности инертных материалов, а также использовать метод флотации, то есть выводить примеси в пену, которую специально создают в очистных сооружениях.

2 группа - коллоидные  примеси, которые находятся в воде в виде тонкодисперсных образований (золей или высокомолекулярных соединений). Вещества этой группы изменяют цвет воды. Для удаления этих примесей применяют коагулянты - вещества, вызывающие слипание и укрупнение частиц.

3 группа - растворённые в воде газы и органические соединения. Вещества этой группы придают во-де различные запахи, привкусы, окраску. Наиболее эффективные способы очистки: аэрирование - продувка воды воздухом, введение окислителей, под действием которых разрушается большинство примесей этой группы, и адсорбция - удаление примесей с помощью активированного угля, который впитывает (сорбирует) многие примеси.

4 группа - примеси  ионной степени дисперсности. Соли,кислоты,  основания при поступлении в  воду распадаются на ионы. Очистка от примесей этой группы сводится к связыванию ионов; можно применять также вымораживание и другие методы.

Эта классификация  позволяет обоснованно и целенаправленно  выбирать и компоновать очистные сооружения, применять вычислительные машины для решения сложных задач водообработки.

Сточные воды очищают  механическим, биологическим, обеззараживающим (дезинфекцией) и физико-химическим методами.

Для механической очистки применяют решётки, песколовки, отстойники, септики. Принцип удаления взвешенных веществ основан на различии удельных весов примесей и воды. Песколовки предназначены для осаждения  песка, мелкого гравия и других минеральных  примесей. Песколовки облегчают дальнейшую очистку сточных вод от органических загрязнений в остойниках, метантенках и других сооружениях.

Отстойники применяют  для выделения из сточных вод  нерастворённых механических примесей и частично коллоидных загрязнений  минерального и органического происхождения. Отстойники могут применять для предварительной очистки сточных вод с последующей биологической очисткой, а также и как самостоятельные сооружения, если по санитарным условиям достаточно отделение только механических примесей.

В последнее  время получили распространение  радиальные отстойники, которые представляют собой неглубокие резервуары диаметром  от 18 до 54 метров.

Септиками называют сооружения, в которых происходит осветление (отстаивание) и длительное хранение (от 6 до 12 месяцев) осадка, выпавшего из сточных вод, до полного его перегнивания. Септики имеют очень большие размеры, вода в них часто загрязняется сероводородом, поэтому применение их весьма ограничено.

Для биологической  очистки применяют аэротенки, биологические фильтры, аэрофильтры, метантенки. Аэротенки представляют собой глубокие проточные резервуары длиной до 150 метров с отстойником. В аэротенках происходит постепенное уменьшение количества органических веществ, азота, аммонийных солей, нитритов за счёт разрушения их микроорганизмами - минерализаторами. Продолжительность пребывания сточной жидкости в аэротенке колеблется от 6 до 12 часов и зависит от количества подаваемого воздуха, микроорганизмов, находящихся в активном иле, который в виде хлопьев пронизывает всю толщу воды, и от степени загрязнённости сточной воды.

Биологические фильтры представляют собой сооружения (ёмкости) с засыпкой сыпучих материалов, через которые пропускают воду. Растворённые и коллоидные вещества сточных вод  адсорбируются и разрушаются преимущественно аэробно, то есть с помощью микробов, которые могут жить только при наличии кислорода. На кусках шлака, щебня и других материалах вырастает биологически активная плёнка. В верхнем слое до 10 сантиметров развиваются инфузории, личинки насекомых, жгутиковые, на неорошаемых участках  сооружения разрастаются водоросли, на глубине свыше 15 сантиметров зона червей, которые прорывают ходы в шлаке, разрыхляют биологическую плёнку, переваривают и разлагают клетчатку, хитин.

В последнее  время всё чаще находят применение аэрофильтры, которые экономичнее аэротенков, просты в эксплуатации, взрывобезопасны, их легко автоматизировать. Однако аэрофильтры восприимчивы к составу сточных вод и требуют большого количества воздуха для аэрации.

Очистительные пруды представляют собой неглубокие, до 1 метра, водоёмы, последовательно соединённые между собой. Тысячи мельчайших организмов минерализуют органические соединения, зеркальный карп и утки предохраняют пруды от зелени (ряски).Очистительные пруды чувствительны к температуре, поэтому рационально их применять в южных районах.

Почвенные методы очистки проводят на полях орошения. При почвенной очистке помимо бактерий в очистке участвуют  простейшие беспозвоночные микроорганизмы. Бактерии минерализуют органические вещества, простейшие организмы уничтожают излишнее количество бактерий, беспозвоночные, дождевые черви, личинки, клещи разрыхляют почву и перерабатывают труднорасщепляемые органические вещества (целлюлозу, хитин).После почвенной очистки вода не содержит яиц гельминтов, обеднена бактериями, поэтому не надо проводить фильтрование воды через песчаные фильтры для очистки от гельминтов.

Метантенк - это  бродильная камера, предназначенная  для анаэробной очистки осадка сточных  вод, то есть с помощью микробов, которые могут жить без доступа  воздуха. Процессы брожения осуществляются при температуре до 55 градусов по Цельсию в течение суток, вызывая полную гибель яиц гельминтов и патогенных (болезнетворных) микробов. Сооружение герметичное, поэтому метан, образующийся в процессе брожения, можно улавливать и использовать как топливо. Можно улавливать также углекислоту, которую перерабатывают на сухой лёд. Сброженный осадок содержит фосфор, азот и может служить прекрасным удобрением. Если осадок высушить и сбрикетировать, то можно получить топливо. Перемешивание в метантенке происходит в результате перекачивания осадка насосом из нижней части в верхнюю. Эжектирующие устройства по трубопроводам и эжекторам подают в метантенк острый пар или горячую воду температурой до 60 градусов по Цельсию для подогрева осадка. Осадок перемешивают с помощью насосов, забирающих его из нижней части камеры и подающих в верхнюю часть по трубопроводам выпуска сброженного осадка. Подогрев и перемешивание осадка способствует ускорению процессов брожения в метантенке. Осадок, получаемый в метантенках, периодически выгружается через трубопроводы опорожнения.

Для обеззараживания  воду фильтруют через песок, хлорируют  и озонируют. Озон обладает бактерицидными свойствами и, кроме того, при озонировании воды улучшаются органолептические  свойства. Однако озонирование связано с большими энергетическими затратами. Другое сильное бактерицидное средство - серебро.

В последние  годы получило распространение механическое обезвоживание и термическая  сушка осадков. Механическое обезвоживание  на центрифугах не требует расхода коагулянтов (химических реактивов для окускования примесей),последующая термическая обработка в камерах с инфракрасным излучением позволяет провести дегельминтизацию.

Стоки, загрязнённые органическими и минеральными веществами, подвергают огневому обезвреживанию в циклонных печах (реакторах).Сущность метода заключается в испарении распылённых сточных вод при высоких температурах в продуктах горения органического топлива, при этом токсичные органические вещества сгорают, а минеральные вещества улавливают и выводят в виде расплава.

На машиностроительных заводах сточные воды содержат соли кислот, щёлочи, цианиды, хром, свинец, медь, алюминий, фтор, краски, органические соединения, минеральные взвеси, масла. На некоторых предприятиях введены  устройства по регенерации (восстановлению) веществ и повторному их использованию. Очищенную от примесей воду можно использовать многократно.