Курсовая работа: Использование городских сточных вод для технического водоснабжения

XXI столетие характеризуется интенсивным ростом населения Земли, развитием урбанизации. Появились города-гиганты с населением более 10-ти млн. человек. Развитие промышленности, транспорта, энергетики, индустриализация сельского хозяйства привели к тому, что антропогенное воздействие на окружающую среду приняло глобальный характер. Повышение эффективности мер по охране окружающей среды связано, прежде всего, с широким внедрением ресурсосберегающих, малоотходных и безотходных технологических процессов, уменьшением загрязнения воздушной среды и водоемов. Охрана окружающей среды представляет собой весьма многогранную проблему, решением которой занимаются, в частности, инженерно-технические работники практически всех специальностей, которые связаны с хозяйственной деятельностью в населенных пунктах и на промышленных предприятиях, которые могут являться источником загрязнения в основном воздушной и водной среды.

Глава I. Повторное использование сточных вод как гигиеническая проблема

В настоящее время реальное водопотребление на одного жителя даже при высоком уровне благоустройства не превышает 200-300 л/сут. Расходование воды сверх этого предела в основном связано с нуждами промышленности. Современное промышленное производство является крупнейшим потребителем пресной воды. В США из общего объема забираемой пресной воды в 1975 г. на долю промышленности пришлось 44,1 %, что в абсолютном выражении составило 205,8 км3. Для сравнения можно указать, что в 1940 г. потребление воды в промышленности в этой стране не превышало 72 км. В ФРГ за период с 1960 по 1975г. водопотребление в промышленности увеличилось более чем на 20% и достигло 12214 млн. м3. В нашей стране суммарный расход воды в 1980 г. только в ведущих отраслях промышленности превысил 226 млрд. м3.

Было однозначно показано, что даже при самых больших масштабах строительства очистных сооружений не удастся решить полностью задачу защиты биосферы от вредного воздействия непрерывно развивающегося промышленного производства. Оставался только один путь - создание экологически безвредных технологий, другими словами, безотходных производств. Безусловно, концепция безотходной технологии в некоторой степени носит условный характер. Под безотходной технологией понимается теоретический предел – идеальная модель производства, которая в большинстве случаев может быть реализована не в полной мере, а лишь частично, но с развитием технического прогресса со все большим приближением. Значительно проще в качестве промежуточного этапа создавать экологически безвредные бессточные предприятия на основе замкнутых водооборотных циклов.

Примеры работы отдельных предприятий убедительно показали, что сбросные воды не являются неизбежным результатом промышленного производства, а, наоборот, большие объемы свидетельствуют о несовершенстве технологии. При комплексном использовании на предприятиях очищенных производственных, городских, бытовых и поверхностных сточных вод для технического водоснабжения, т.е. при создании замкнутых систем водного хозяйства, исключается сброс сточных вод в водоемы, а потребление природной воды значительно сокращается.

При интенсивном развитии водного хозяйства доля сточных вод в природных водоемах непрерывно увеличивается. Повторное использование сточных вод ниже их сброса, иначе говоря, косвенное их использование становится вынужденной мерой. В то же время плановая организация целенаправленного повторного использования сточных вод является по сравнению с косвенным прогрессивным мероприятием - основным элементом водосберегающих технологий.

Основная концепция повторного использования сточных вод сформулирована Экономическим и Социальным советом ООН еще в 1958 г. Согласно этой концепции вода высокого качества не должна, за исключением тех случаев, когда она имеется в избытке, использоваться для цепей, которые допускают применение воды более низкого качества.

Накопленный к настоящему времени зарубежный и отечественный опыт показывает, что сточные воды могут использоваться после адекватной очистки для различных цепей. Тенденция повторного использования очищенных сточных вод, начиная с 70-х гг., наблюдается во всем мире.

Наибольшее распространение получила практика использования сточных вод в охлаждающих системах оборотного водоснабжения, на долю которых приходится 75-85 % потребляемой промышленностью воды. Причем особенно перспективны предприятия теплоэнергетики. К примеру в США, в конце 70-х гг. для этих цепей ими использовалось более 600 млн. м3 сточных вод. Широко применяется повторно вода на теплоэлектростанциях Великобритании, активно внедряются оборотные системы водоснабжения на основе использования сточных вод в ФРГ, ЮАР, Израиле и других странах.

Оборудование общественных зданий местными системами очистки сточных вод находит все более широкое распространение в развитых странах (США, Япония). После очистки вода применяется для полива дорожных покрытий, промывки унитазов, мытья автомобилей, охлаждения воздуха в кондиционерах.

Существенное место в зарубежной практике занимают проекты, предусматривающие возможность использования очищенных сточных вод для улучшения ландшафтов, обводнения искусственных и естественных водоемов.

В аридных зонах США, Израиля, ЮАР и других странах проводятся исследования, направленные на разработку технологий получения из сточных вод высококачественной питьевой воды, отвечающей всем предъявляемым к ней требованиям. В ряде районов Калифорнии в течение длительного времени осуществляется пополнение запасов грунтовых вод сточными водами, прошедшими соответствующую подготовку.

1.1 Биологическое загрязнение сточных вод

Приоритет требований безопасности является очевидным, поскольку бытовые и городские сточные воды содержат широкий спектр патогенных бактерий, вирусов, цист простейших и яиц гельминтов. Результаты многочисленных исследований указывают на то, что такие сточные коды, как правило, включают полный набор патогенных микроорганизмов, характерных для жителей данной местности. В этой связи биологическое загрязнение сточных под обусловливает наибольший риск в большинстве случись повторного их использования. Степень этого риска зависит от многих факторов, определяющими из которых являются: вид возбудителя, его вирулентность, концентрация в сточных водах, устойчивость во внешней среде и к действию дезинфектантов, характер возможного воздействия на человека и т.д.

С эпидемиологической и гигиенической точек зрения наибольшую опасность при повторном использовании сточных вод могут представлять энтеровирусы, что объясняется их высокой устойчивостью в воде, патогенными факторами для человека, интенсивным повсеместным распространением и отсутствием мер специфической профилактики.

Водные вспышки вирусных инфекционных заболеваний описаны во многих странах мира. В США в период с 1940 по 1971г. было зарегистрировано 65 эпидемических вспышек гепатита А, причем большая часть из них была обусловлена водным фактором. Как правило, такие вспышки связаны с непреднамеренным косвенным использованием сточных вод (в частности, при использовании воды водоемов, загрязненной сточными водами с высоким содержанием кишечных вирусов, для питья или рекреационных целей, употреблением овощей и фруктов, которые орошались сточными водами.

Оценивая информацию об опасности биологического загрязнения повторно используемой воды, необходимо отметить, что она довольно противоречила и отношении преднамеренного применения сточных под для различных целой. В развивающихся странах сряди сельскохозяйственных рабочих, занятых на обработке полей, орошаемых сточными водами, широко распространены инфекционные кишечные заболевания.

Существенно, что при использовании сточных вод в сооружениях, на которых образуется гидроаэрозоль (градирни, брызгальные бассейны, разбрызгиватели на полях орошения и т.д.), не исключена возможность загрязнения атмосферного воздуха микроорганизмами. В частности, при поливе сельскохозяйственных культур недостаточно очищенными сточными водами в воздухе на значительном расстоянии обнаруживается патогенная микрофлора, она также регистрируется и вблизи городских очистных сооружений. Между тем, известно, какую опасность представляет наличие патогенной микрофлоры в окружающем человека воздухе. Особое опасение вызывает гидроаэрозоль сточных вод в связи с возможностью передачи возбудителя эпидемического пегионеллеза. За годы, прошедшие со времени первого описания пегионеллеза в 1976 г., выявлено большое число случаев данной инфекции и подтверждена существенная роль в ее распространении систем оборотного водоснабжения, кондиционеров, душевых установок. Совсем недавно произошла крупная вспышка пегионеллезной инфекции на заводе резиновых изделий в г. Армавире. Распространение возбудителя в составе гидроаэрозоля из градирен и кондиционеров привело к заболеванию 236 человек.

1.2 Химическое загрязнение сточных вод

При повторном использовании сточных вод, особенно в условиях непосредственного контакта с ними человека, важное значение приобретает химическое загрязнение воды. Сточные воды представляют собой многокомпонентную смесь сложного химического состава, в них обнаруживаются десятки тысяч неорганических и органических соединений, многие из которых способны оказывать неблагоприятное влияние на организм.

К наиболее опасным компонентам сточных вод, в первую очередь, следует отнести тяжелые металлы. В сточных водах крупных промышленных центров определяется до 20 металлов, причем концентрации свинца, хрома, мышьяка, кадмия и др. нередко превышают их ПДК. В пересчете на 1 жителя в такие стоки поступает, мкг/сут: кадмия - 72-192; никеля - 405-1661; хрома - 230-775; свинца - 0,51-6,75; марганца - 6,5-8,2; меди - 3,1-55,8. Массивным источником загрязнения окружающей среды солями тяжелых металлов являются гальванические производства, в сточных водах которых концентрации этих соединений достигают десятков и сотен единиц.

Между тем по классификации Международного агентства изучения рака (МАИР) мышьяк и хром выделены в группу веществ, канцерогенное действие которых установлено наиболее достоверно. Накоплен большой фактический материал, свидетельствующий об общетоксическом, мутагенном и канцерогенном действии кадмия, никеля, бериллия и свинца. Это подтверждено как эпидемиологическими наблюдениями, так и в эксперименте на животных.

Характерной особенностью токсического действия тяжелых металлов является изменение первичных и вторичных структур ДНК. Причем этот эффект наблюдается при воздействии низких концентраций металлов, в частности, на уровне 0,1-0,2 ч/млн. у хрома и ртути, 20-40 ч/млн. у кадмия, кобальта, свинца, марганца. Отсюда понятны существенные нарушения обмена веществ и ингибирование ферментов в организме под влиянием свинца, мышьяка, кадмия, ртути и др.

Широко известны эпидемиологические наблюдения неблагоприятных последствий косвенного использования сточных под, содержащих высокие концентрации металлов. В Японии описаны классические эффекты отравления кадмием с необратимым поражением почек, в дальнейшем получившие название болезни Итай-итай, обусловленные загрязнениями от горнодобывающего комплекса. В этой же стране в 1984 г. были зарегистрированы тяжелые заболевания костно-мышечной системы у жителей, потреблявших рис с полей, орошаемых шахтными водами с высокими уровнями кадмия.

Не меньшую известность получили экологические катаклизмы, связанные с ртутным загрязнением. Установлено, что неорганическая ртуть под действием микроорганизмов сточных вод может превратиться в высокотоксичную метил-ртуть, которая накапливается в пищевых цепочках. Симптомокомплекс, развивающийся у людей, употреблявших в пищу рыбу и моллюски, содержащие метилртуть, получил название болезни Минамата. Для нее характерны тяжелые нарушения со стороны сердечно-сосудистой и нервной систем.

Серьезную угрозу для здоровья населения представляют и многие органические соединения. Достаточно упомянуть, что в городских сточных водах постоянно обнаруживаются полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), нитрозамины, пестициды, полихлорированные бифенилы, сведения об отдаленных последствиях действия которых многочисленны и общеизвестны. К примеру, в сточных водах Стокгольма выявлено около 200 ПАУ, многие из которых (метилированные хризены и фенантрены) относятся к соединениям с выраженными мутагенными и (или) канцерогенными свойствами. Особо опасны N -нитрозосоединения, даже несмотря на то, что их содержание в сточных водах, как правило, не превышает 1 мкг/л. Это обусловлено тем, что N -нитрозосоединения вызывают образование опухолей во многих органах экспериментальных животных, причем действие этих соединений не зависит от пути поступления их в организм.

Следует также учитывать, что городские сточные воды в высокой степени загрязнены нитратами и нитритами, которые под действием микроорганизмов могут превращаться в N-нитрозосоединения. Кроме того, нитриты обладают собственной мутагенной активностью.

В течение длительного времени внимание исследователей концентрировалось на изучении токсических эффектов отдельных соединений, присутствующих в сточных водах. Однако такого рода исследования не позволяют в полной мере определить реальную степень опасности всей суммы загрязнений сточных вод. В этой связи несомненный интерес вызывает изучение действия на организм нативных сточных вод или экстрактов из них. Необходимо отметить, что сведения о таких исследованиях немногочисленны. В 1970 г. появилась одна из первых публикаций о неблагоприятном действии на теплокровный организм бытовых сточных вод. Наряду с биохимическими сдвигами в крови наблюдалось возникновение опухолей надпочечников у белых крыс, получавших сточные воды вместо питьевой воды.

При изучении свойств микрозагрязнений, экстрагированных из речной воды, отобранной в месте сброса сточных вод были получены схожие результаты. К примеру, с помощью теста Эймса установлена значительная мутагенная активность сточных вод, отобранных на 10 очистных станциях штата Иллинойс (США). В дальнейшем длительный анализ с использованием методов газовой хроматографии и масс-спектрометрии подтвердил наличие мутагенов в сточных водах. Авторам удалось идентифицировать более 243 соединений, из которых 20 входят в перечень приоритетных веществ Агентства по охране окружающей среды.

Таким образом, повторное использование сточных вод получает все большее распространение во многих странах мира. Вместе с тем гигиенические последствия применения сточных вод для различных хозяйственных целей, особенно в условиях непосредственного контакта человека с восстановленной водой, далеко не ясны. Результаты экспериментальных и эпидемиологических исследований указывают на существование определенного риска для здоровья населения, обусловленного антропогенным загрязнением сточных вод. В этих условиях высокая степень очистки сточных вод выступает в качестве основного фактора профилактики инфекционных заболеваний и интоксикаций среди контингента населения, подвергающихся прямому или косвенному воздействию сточных вод.

Глава II. Методы обезвреживания сточных вод и проблемы безопасности использования восстановленной воды

В условиях быстрого роста масштабов повторного использования сточных вод адекватная очистка их приобретает не только большое народнохозяйственное значение, но и становится одной из актуальных гигиенических проблем. Причем ключевым вопросом является разработка эффективной технологии водоподготовки, обеспечивающей наряду с надежным обеззараживанием высокое качество воды по химическим и органолептическим показателям.

Очевидно, что после полготовки вода не должна содержать патогенные микроорганизмы и химически опасных для человека концентрациях с учетом условий воздействия при использовании ее для технического водоснабжения. Вместе с тем, существующая практика очистки высокозагрязненных химическими соединениями с крайне неблагоприятными микробиологическими показателями сточных вод крупных промышленных центров на стандартных городских сооружениях в значительной мере исчерпала свои возможности. В большинстве случаев традиционная схема, включающая механическую и биологическую очистку, является недостаточной для обеспечения безопасного повторного использования воды.

Имеется немало свидетельств, подтверждающих справедливость этого заключения. В самом деле, даже городские сточные воды, менее загрязненные по сравнению с производственными, после биологической очистки нередко содержат значительные концентрации химических соединений, далеко не безразличных для здоровья человека, и представляют немалую опасность в эпидемическом отношении (табл.3).

Таблица 3. Показатели качества городских сточных вод после механической и биологической очистки

Показатель	До очистки	После очистки	Эффект, %
Взвешенные вещества, мг/л	90-300	60-150	40-50
БПК5, мг/л	200-400	60-90	70-78
ХПК, мг/л	280-400	190-280	31-35
СПАВ, мг/л	1,7-3,6	0,8-1,3	60-65
Азот общий, мг/л	47-71	33-51	20-28
Хром, мкг/л	16-2430	10-260	30-89
Ртуть, мкг/л	0,3-3,5	0,2-2,8	20-32
Свинец, мкг/л	11-72	4-26	70-74
Мышьяк, мкг/л	100-320	8-50	85-90
Кадмий, мкг/л	4-42	2-8	50-71
Никель, мкг/л	60-800	20-100	67-87
Энтеровирусы, ед./дм3	103-106	10-104	97-98
Сальмонеллы, ед./дм3	102-104	10-103	96-98

Важно отметить, что биологическая очистка, как правило, не приводит также к снижению до безвредных уровней пестицидов, хлорированных бифенолов и других высокоопасных соединений.

Более того, сточные воды после биологической очистки обладают в тесте Эймса не менее выраженной мутагенной активностью, чем неочищенные стоки, а при действии на теплокровный организм проявляют цитогенетическую, гонадо-токсическую и канцерогенную активность.

Все это не противоречит современным представлениям, согласно которым в процессе очистки и обеззараживания сточных вод возможна трансформация химических веществ, с образованием более опасных соединений, чем исходные вещества. В частности, многочисленные исследования указывают на вероятность таких эффектов при хлорировании сточных вод.

Сточная вода после биологической очистки содержит значительные количества вирусов, бактерий, простейших и яиц гельминтов. Надежное обеззараживание воды такого качества возможно только при хлорировании после «точки перелома» при наличии свободного активного хлора. Между тем в этих условиях наиболее полно протекают реакции хлора с органическими веществами как природного, так и синтетического происхождения с образованием галоформных соединений (ГФС). В 1974 г. впервые было показано, что в процессе хлорирования образуются ГФС. В дальнейшем при обследовании водопроводов 83 городов США, 70 - Канады, а также ряда городов ФРГ, Англии, Польши, Германии и нашей страны установлено, что наиболее часто и в сравнительно высоких концентрациях образуются следующие соединения: хлороформ, бромдихлорметан, дибромхлорметан, бромоформ. Среди ГФС в хлорированной воде определяются также четыреххлористый углерод, тетрахлорэтилен, дихлорэтан и др. Общее число ГФС, идентифицированных и хлорированных биологически очищенных сточных водах, насчитывает сотни наименований.

Соединения из группы ГФС отличаются чрезвычайным разнообразием по влиянию на качество воды и теплокровный органном. Ряд соединений из этой группы способен в минимальных концентрациях ухудшить органолептические свойства воды (хлорфенолы), другие обладают выраженными общетоксическими и кумулятивными свойствами (четыреххлористый углерод), наконец, третьи - наиболее опасные для здоровья населения - в экспериментах на животных проявляют себя как активные бластомогены и мутигены (хлороформ, 1 ,2-дихлорэтан, трихлорэтилен и др.).

Хотя не все эти исследования являются до конца убедительными или корректно выполненными, очевидно, что при хлорировании воды появляется фактор, влияющий в определенной степени на возникновение опухолей у человека. По-видимому, этот фактор не столь выражен, чтобы в значительной мере влиять на общий уровень онкологической заболеваемости населения. К примеру, методом математической экстраполяции доказано, что частота новообразований, обусловленных употреблением воды, содержащей хлороформ в концентрациях более 100 мкг/л, не велика и не превышает 3-7 случаев на 100 тыс. населения. Вместе с тем нет оснований не принимать этот фактор во внимание при оценке опасности для населения ГФС, образующихся при хлорировании воды.

Тем более в ряде экспериментальных работ установлено, что у животных под влиянием, правда, высоких доз, хлороформа, дихлорэтана, трихлорэтана и других ГФС могут возникать опухоли, сходные по своей локализации с опухолями, выявленными у населения, потреблявшего хлорированную питьевую воду.

Анализируя проблему ГФС, следует обратить внимание на то, что в настоящее время основное внимание уделяется изучению опасного действия хлорорганических соединений, в первую очередь тригалометанов, образующихся при хлорировании питьевой воды. Признавая актуальность этой проблемы, следует подчеркнуть, что она по своей сути, в известной мере, вторична и является нередко следствием массивного загрязнения источников водоснабжения химическими веществами и продуктами их трансформации, содержащимися в сточных водах.

Обработка сточных вод хлором с целью обеззараживания сопровождается образованием значительно больших по сравнению с питьевой водой количеств хлорорганических веществ. Считается, что при хлорировании сточных вод около 1% использованного хлора идет на образование ГФС. В то же время в США, к примеру, расходуется более 100 тыс. т хлора в год на обеззараживание сточных вод. Естественно, что хлорированные сточные воды рассматриваются в качестве одного из основных источников загрязнения водных объектов этими высокоопасными веществами.

Следует отметить, что собственно тригалометапы обнаруживаются в хлорированных стоках в концентрациях, не превышающих 100 мкг/л и, по-видимому, в силу высокой летучести к низкой стабильности особой опасности в большинстве случаев повторного использования сточных вод не представляют. Существенно больший удельный вес и значение имеют образующиеся в сточных водах при хлорировании малолетучие химические соединения, отличающиеся высокой стабильностью и низкой способностью к биодеградации. Несмотря на то, что большинство подобного рода соединений не идентифицировано и определяется в форме так называемого общего органического хлора, по мнению ряда исследователей, именно они обусловливают уровень опасности хлорированных сточных вод. В частности, высказывается предположение, что мутагенная активность определяется в основном не столько присутствием в хлорированной воде летучих соединений (тригалометанов), сколько нелетучих с молекулярным весом около 200.

Можно считать доказанным, что при неадекватном хлорировании биологически очищенных сточных под может наблюдаться усиление общетоксических и отдаленных эффектов их действия на организм. Поскольку при повторном использовании сточных вод не исключена возможность непосредственного влияния их на человека, следует обратить более пристальное внимание на проблему хлорирования сточных под. Необходим поиск таких приемов хлорирования, при которых образование ГФС было бы минимальным. Не менее актуально внедрение в практику альтернативных методов обеззараживания. Безусловно, в преобладающем большинстве случаев биологическую очистку с последующим хлорированием нельзя рассматривать в качество приемлемого способа получения технической воды.

Для дополнительной очистки (доочистки) биологически очищенных сточных вод предложено много методов, направленных на уменьшение содержания химических соединений и взвешенных веществ, а также устранение возбудителей заболеваний. Эффективность тех или иных методов в значительной степени зависит от фазового и дисперсного состояния компонентов, содержащихся в сточных водах. С учетом этого принципа разработана одна из наиболее обоснованных классификаций качества воды и методов ее очистки.

Согласно этой классификации индивидуальная химическая природа веществ, загрязняющие воду, имеет значение лишь в той степени, в какой она допускает изменение фаэово-дисперсного состояния под влиянием различных факторов. Методы очистки поды от примесей должны основываться на физико-химических воздействиях, обеспечивающих снижение устойчивости коллоидных систем, быструю коагуляцию дисперсных компонентов и отделение их от дисперсионной среды.

На практике все возможные методы доочистки сводятся к снижению содержания органических и взвешенных веществ, а также обеззараживанию воды тем или иным методом. В большинстве случаев после механической и биологической очистки сточные воды подвергаются фильтрованию через различного рода природные и синтетические материалы, на которых происходит извлечение грубодисперсных и, частично, коллоидных примесей. Органические вещества, в том числе и растворенные, усваиваются из воды микроорганизмами активного ила, выносимого из вторичных отстойников и отлагающегося в толще загрузки фильтра. При скорости фильтрации 5-10 м/ч концентрация взвешенных веществ на фильтре снижается на 70-80 %, ВПК - на 50-70, ХПК - на 30-40 % .

В результате фильтрования отмечалось некоторое снижение концентраций солей тяжелых металлов. Удаление металлов коррелировало с уровнем взвешенных твердых частиц, причем корреляция особенно выражена для металлов с низкой растворимостью. Однако абсолютные уровни тяжелых металлов, а также трудноокисляющихся органических соединений, нередко превышали допустимые нормы, что, возможно, связано со способностью большинства бактерий аккумулировать металлы. В частности, бактерии группы кишечной палочки накапливают свинец до 7,6 мг/кг сухой бактериальной массы. Фильтрование, как известно, позволяет снизить количество кишечных палочек в сточных водах на 1-2 порядка, но абсолютное их содержание в фильтрате достигает сотен тысяч.

Повышение эффекта осветления и одновременно уменьшения содержания растворенных фосфатов достигается применением предварительного коагупирования солями железа и алюминия. В процессе коагуляции образуются нерастворимые фосфаты и гидроокиси металлов. При такой обработке содержание взвешенных веществ не превышает 1-3 мг/л, ВПК снижается на 60-8О %, ХПК - на 40-60 %. Важно отметить, что коагуляция является одним из немногих методов обработки воды, обеспечивающих существенное удаление вирусов.

Применение коагулянтов в сочетании с известью позволяет значительно повысить эффект доочистки. При этом устраняется цветность сточной воды, снижается концентрация многих органических соединений (гуминовые кислоты, фонолы, акрилаты и др.). В присутствии гуминовых веществ ионы кальция связывают катионы таких металлов, как медь, свинец, кадмий и цинк.

При известковании достигается и определенный бактерицидный эффект. В частности, при длительном контакте дозы окиси кальция 150-300 мг/л обеспечивали надежную дезинфекцию поды. Установлено, что ионы кальция связываются непосредственно со специфическими группами протеиновой оболочки вириона и повышают сорбцию вирусов на зернистых загрузках.

Следует также отметить, что при известковании происходит умягчение и дезодорация воды, устранение ее токсичности. Вместе с тем, необходимый гигиенический эффект при обработке сточных вод окисью кальция достигается при использовании больших доз, что сопровождается образованием огромного количества осадка. Этот факт, как и отсутствие последействия у окиси кальция, возможность образования отложений кальцитов в распределительной сети промышленных водопроводов существенно ограничивают применение известкования.

В настоящее время предложено значительное число методов доочистки, направленных на снижение до безопасных уровней как суммарного содержания органических веществ, так и отдельных загрязнителей сточных вод, а также их обеззараживания.

В частности, биологические методы доочистки, используя совершенство природных биохимических процессов, во многих случаях имеют экономические преимущества перед физико-химическими за счет отсутствия реагентов, низкого потребления энергии и трудозатрат при эксплуатации. Интенсификация этих методов, к примеру применением гидроботанической очистки в прудах с высшей водной растительностью, позволяет осуществлять глубокую обработку не только городских сточных вод, но и стоков широкого круга промышленных предприятий, добиваясь устойчивого снижения ВПК и ХПК в 2-5 раз. Наряду с этим, сообщается о высокой эффективности обезвреживания в биологических прудах бактериального загрязнения. В воде, прошедшей доочистку м биологических прудах, перестают обнаруживаться патогенные сальмонеллы, кишечные вирусы, трихинеллы и личинки аскарид..

Гигиеническая опенка биологических методов показала, что их эффективность непостоянна и зависит от целого ряда факторов, трудно поддающихся прогнозированию и коррекции. Кроме того, имеются наблюдения, свидетельствующие об образовании опасных метаболитов, появляющихся в процессе взаимодействия водорослей и органических соединений сточных вод, повышении токсичности для теплокровных животных воды, прошедшей обработку в биологических прудах.

В последнее десятилетие все более широкое распространение в практике очистки сточных вод получает метод озонирования. Обращают на себя внимание очевидные преимущества озона перед другими окислителями: одновременное разрушение органических соединений, обесцвечивание, дезодорация и обеззараживание сточных вод. При озонировании не образуется осадок и в сточную воду не вносятся дополнительные загрязнения.

Озон как сильный окислитель реагирует практически со всеми химическими соединениями сточных вод, причем окисление протекает необратимо. Органические соединения под воздействием озона превращаются в низкомолекулярные с низким содержанием галоформных групп и большим количеством кислотных остатков. Продукты озонолнза не имеют запаха и окраски, лучше усваиваются микроорганизмами. Первичная обработка воды озоном не снижает концентрации общего углерода, а лишь разрушает крупные молекулы органического вещества, повышая их способность к биодеградацни. Продуктами озонолиза являются в основном альдегиды, кетоны и органические кислоты.

Известно, что многие СПАВ практически не окисляются биохимически, снижают эффективность работы очистных сооружений и создают дополнительные трудности при повторном использовании воды. Как свидетельствуют данные литературы, озонирование является одним из немногих методов, разрушающих эти соединения. Причем под влиянием озона одинаково хорошо разрушаются как анионактивные, так и неионогенные ПАВ. Однако для полного разрушения детергентов требуется 6-8 мг озона на 1 мг ПАВ.

Важнейшей особенностью озонирования, выгодно отличающей этот метод от других, является то, что озон позволяет значительно снизить концентрации магния, марганца, мышьяка, а также таких металлов, как цинк, медь, хром, железо, серебро, ртуть, свинец и их комплексов с цианидами.

Следует особо отметить использование озона для разрушения таких трудноокисляемых соединений, как хлорированные и полициклические углеводороды. При дозе озона 0,5-1,5 г/м3 содержание галоформных соединений (хлороформа, бромхлоропрена, бромдихлорметаны) в воде снижалось на 30-90 %. В щелочной среде озон реагирует с тригадометанами непосредственно, а в кислой и нейтральной средах разрушение этих соединений идет медленно. Озон также эффективно устраняет предшественников тригалометанов, в первую очередь, гуминовые и фульвиновые кислоты.

Обнаружена значительная эффективность озона для обезвреживания воды, содержащей бенз(а)пирен. Так, при обработке воды с исходным содержанием бенз(а)пирена 4 мкг/л дозой озона 2,5 мг/л в течение 3 мин концентрация вещества снижалась до 0,06 мкг/л. По разным данным озонирование уменьшает концентрацию бепз(а)пирена в воде в 10-50 раз, приводит к разрушению его молекулы и образованию более простых соединений.

Представляет несомненный интерес с гигиенической точки зрения высокая эффективность озонирования для снижения мутагенного потенциала воды. Показано, что после обработки озоном водные растворы 28 соединений, обладающих выраженной цитогенетической активностью, практически не проявляли мутагенных свойств по тесту Эймса. Причем при озонировании деструкции подвергались такие стойкие мутагены, как хлорированные пестициды, альфотоксины и другие алкилирующие агенты.

При очистке сточных вод озоном образуются промежуточные продукты реакций, степень опасности и стабильности которых недостаточно изучены. Природа продуктов озонолиза зависит от качества воды и условий обработки (рН, УФ, температура и т.д.). В кислой среде усиливается процесс образования гидроксильных радикалов, которые обладают большей реакционной способностью, чем озон. Сообщается и о возможности появления в воде новых токсичных продуктов в результате озонолиза. В частности, иоддихлорметана, дихлор-бутанола и даже хлорпикрина (трихлорнитрометана).

Обладая высоким окислительным потенциалом, озон является прекрасным дезинфектантом, превосходящим в этом отношении хлор. Эффективность обеззараживания определяется как дозой озона, так и его остаточным содержанием. Доза озона, необходимая для дезинфекции воды, колеблется от 0,2 до 1,5 мг/л в зависимости от исходного качества воды. При остаточной концентрации озона в воде на уровне 0,1-0,2 мг/л отмечается полное устранение бактерий, а при 0,4 мг/л - вирусов. Повышение концентрации до 0,5 мг/л и выше приводит к полной стерилизации воды.

Важным преимуществом озона является малое время контакта, необходимое для проявления эффекта. Озон гораздо быстрее действует на бактериальную клетку, чем хлор, но эффект протекает по принципу «все или ничего». Этот феномен объясняется тем, что обеззараживание происходит одновременно с другими реакциями окисления и поглощенная (эффективная) доза озона зависит от концентрации органических веществ.

Интересно отметить, что при дозах озона до 60 мг/л не отмечается прямой зависимости между дозой окислителя и степенью снижения ВПК. При этом ХПК снижается пропорционально дозе озона. Эти данные свидетельствуют, что сложные биостабильные компоненты воды под воздействием озона разрушаются до промежуточных продуктов, которые легко усваиваются микрофлорой. Это может служить причиной вторичного роста бактерий и распределительной сети. Повышение потенциала бактериального роста при озонировании имеет большое практическое значение, поскольку создает серьезные проблемы при эксплуатации очистных сооружений и оборотных систем промышленного водоснабжения.

Вместе с тем, гигиенические аспекты применения обработки воды озоном и хлором малоизученны. Известно, что в таких случаях и результате взаимодействия агентов наблюдается увеличение расхода как озона, так и хлора. С одной стороны этот феномен можно использовать, применяя озон для разрушения токсичных продуктов хлорирования. С другой сторопи, продукты озонолиза легко взаимодействуют с хлором, увеличивая хлороемкость воды и снижая эффективность обеззараживания. Однако в присутствии аммонийных солей процесс обеззараживания практически не нарушается, поскольку реакция озона с хлораминами выражена меньше, чем озона с хлором. Существенно, что для реакций озона и хлора в водных растворах не характерно образование токсичных соединений.

Приведенные данные свидетельствуют о высокой окислительной способности озона и перспективности его применения для доочистки сточных вод. Вместе с тем накопленный опыт показал, что для обезвреживания химического и биологического загрязнения сточных вод требуются большие дозы озона, что нередко оказывается экономически нецелесообразным. Обработка озоном сточных вод, содержащих высокие концентрации органических веществ, может сопровождаться накоплением продуктов трансформации, токсичность которых превышает таковую исходных соединений. В то же время применение для обработки сточных вод озонирования в комбинации с другими методами позволяет рассчитывать на получение восстановленной воды высокого качества.

В мировой практике имеются многочисленные примеры использования приведенных методов доочистки и различных сочетаниях и модификациях. Следует признать, что, несмотря на большое разнообразие предложенных методов, все они имеют те или иные недостатки, К примеру, использование сорбционных методов, флотации или мембранной технологии связано с большими экономическими затратами, ограничено узкой областью применения и не рассчитано на обработку больших объемов сточных вод.

Следовательно, доочистка сточных вод порождает не только ряд экономических и технических трудностей (создание экономичных генераторов озона, регенерация активных углей, утилизация осадков), но и гигиенические проблемы. Можно с определенностью отметить, что в настоящее время отсутствует экономически приемлемый способ доочистки сточных вод, позволяющий получить воду, полностью отвечающую гигиеническим требованиям. Необходимо провести комплекс гигиенических исследований, чтобы обосновать методы доочистки сточных вод и критерии качества восстановленной воды, обеспечивающие безопасное для здоровья человека ее использование для технического водоснабжения.

Глава III. Современные требования к качеству восстановленной воды

При использовании очищенных сточных вод для технического водоснабжения возникает ряд совершенно новых технологических, экономических, социальных и гигиенических проблем, среди которых, пожалуй, важнейшей является обоснование требовании к качеству восстановленной воды. В частности, в рекомендациях ВОЗ подчеркивается, что во всех случаях, когда планируется преднамеренное прямое или косвенное повторное использование сточных вод, в первую очередь должны быть сформулированы и строго соблюдены стандарты качества волн, предназначенной для повторного использования.

Требования к технологическим свойствам очищенных сточных вод, используемых в оборотных системах охлаждающего водоснабжения, детально разработаны для различных отраслей и сводятся к обеспечению эффективной работы теплообмениых аппаратов. Это становится возможным при отсутствии образования на поверхности теплообменников каких-либо отложений (солевых, биологических, механических) и коррозии оборудования.

Технологические требования к качеству оборотной воды чрезвычайно разнятся, имеют большие колебания по основным показателям. Как отмечает Л.И. Кучеренко [1], применение этих требований на практике, как правило, не дает желаемых результатов, Основная причина, по мнению автора, состоит в том, что интенсивность отложений и обрастаний определяется не только качеством воды, но и в значительной мере особенностями и режимами эксплуатации оборотных систем.

В определенной мере эти недостатки были преодолены в работах. Но "Временных методических рекомендациях к использованию доочищенных городских сточных вод в техническом водоснабжении'' № 1857-7 8 ГС ЗУ МЗ СССР регламентировалось качество сточных вод (колииндекс, ВПК, взвешенные вещества) и определялся перечень санитарно-технических мероприятий, обеспечивающих эпидемиологическую безопасность при использовании очищенных стоков в техническом водоснабжении промышленных предприятий. Основной недостаток этого документа – ограниченная область применения, а именно, технологические процессы, исключающие непосредственный контакт работающих с технической водой. Кроме того, без должного обоснования для градирен охлаждающих систем предлагалась санитарно-защитная зона до 50м.

Вместе с тем, как уже отмечалось ранее, градирни могут служить мощным источником загрязнения окружающей среды, причем высокие концентрации гидроаэрозоля обнаруживаются на расстояниях, во много раз превышающих 50м. Оценка токсичности гидроаэрозолей оборотных вод и смеси их со стоками производств синтетического каучука выявила выраженную юс токсичность. В концентрациях 1-2 г/м3 гидроаэрозоля вызывали у животных снижение прироста массы тепа, изменения картины периферической крови, уменьшение активности окислительно-восстановительных ферментов. Ориентировочный допустимый уровень для гидроаэрозопей сточных вод предприятий синтетического каучука составил 10-20 мг/м3.

Результаты проведенных исследований послужили основой для создания 'Временных методических рекомендаций к использованию очищенных городских сточных вод и смеси их с очищенными сточными водами предприятий синтетического каучука в оборотных системах охлаждающего водоснабжения (с применением градирен открытого типа) № 2501-81 ГС ЗУ МЗ СССР. Необходимо отметить, что подходы к нормированию воздействия сточных вод, на основании которых подготовлен указанный документ, не вполне совершенны. Рекомендуемый допустимый уровень гидроаэрозолей прямо зависит от конкретных качественных характеристик восстановленной воды и не обладает необходимой универсальностью. Практически требуется определение безопасных уровней воздействия для каждой схемы и режима работы сооружений по доочистке.

I. СХЕМА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Город

Механическая очистка

Испаритель-накопитель сточных вод

Поля орошения

II. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Годовой объем сточных вод 33 млн.м3

Объем испарителя-накопителя 40 млн.м3

Объем водозабора на орошение 6,9 млн.м3/год

Площадь полей орошения 1476 га

Дождевальная техника - ДМ "Фрегат" 20

Урожайность сельскохозяйственных культур (на зеленую массу, ц/га)

многолетние травы - 380

однолетние травы - 180

кукуруза - 350

3.2 Выбор технологической схемы очистки сточных вод

Выбор оптимальных технологических схем очистки воды - достаточно сложная задача, что обусловлено преимущественным многообразием находящихся в воде примесей и высоким требованиями, предъявленными к качеству очистки воды. При выборе способа очистки примесей учитывают не только их состав в сточных водах, но и требования, которым должны удовлетворять очищенные воды: при сбросе в водоем - ПДС (предельно допустимые сбросы) и ПДК (предельно допустимые концентрации веществ), а при использовании очищенных сточных вод в производстве - те требования, которые необходимы для осуществления конкретных технологических процессов.

Для приготовления из сточных вод технической воды или обеспечения условий сброса очищенных сточных вод водоемов большое значение имеет технико-экономическая оценка способов подготовки воды. Экономическое преимущество имеют, как правило, замкнутые системы водоиспользования [1-3]. Однако процесс замены современных производств безотходными, в том числе и с полностью замкнутой системой водоиспользования, достаточно длительный. Поэтому часть очищенных сточных вод сбрасывают в водоемы. В этих случаях необходимо соблюдать установленные нормативы для относительной концентрации вредных веществ в очищенных сточных водах.

Применяемые схемы очистки должны обеспечивать максимальное использование очищенных вод в основных технологических процессах и минимальный их сброс в открытые водоемы.

При широком внедрении оборотных систем имеются дополнительные резервы по сокращению расхода свежей воды и уменьшению сброса в открытые водоемы. При широком внедрении оборотных систем имеются дополнительные резервы по сокращению расхода свежей воды и уменьшению сброса сточных вод в водоемы (совершенствование технологических процессов, повышение эффективности очистки сточных вод).

3.3 Состав сточных вод и основные методы их очистки

Водоотводящие системы и сооружения - это один из видов инженерного оборудования и благоустройства населенных пунктов, жилых, общественных и производственных зданий, обеспечивающих необходимый санитарно-гигиенические условия труда, быта и отдыха населения. Системы водоотведения и очистки состоят из комплекса оборудования, сетей и сооружений, предназначенных для приема и удаления по трубопроводам бытовых производственных и атмосферных сточных вод, а также для их очистки и обезвреживания перед сбросом в водоем или утилизацией. Объектами водоотведения являются здания различного назначения, а также вновь строящиеся, существующие и реконструируемые города, поселки, промышленные предприятия, санитарно-курортные комплексы и т.п. Сточные воды – это воды, использованные на бытовые, производственные или другие нужды и загрязненные различными примесями, изменившими их первоначальный химический состав и физические свойства, а также воды, стекающие с территории населенных пунктов и промышленных предприятий в результате выпадения атмосферных осадков или поливки улиц. В зависимости от происхождения, вида и состава сточные воды подразделяются на три основные категории: бытовые (от туалетных комнат, душевых, кухонь, бань, прачечных, столовых, больниц; они поступают от жилых и общественных зданий, а также от бытовых помещений и промышленных предприятий); производственные (воды, использованные в технологических процессах, не отвечающие более требованиям, предъявляемым к их качеству; к этой категории вод относят воды, откачиваемые на поверхность земли при добыче полезных ископаемых); атмосферные (дождевые и талые; вместе с атмосферными отводятся воды от полива улиц, от фонтанов и дренажей).

В практике используется также понятие городские сточные воды, которые представляют собой смесь бытовых и производственных сточных вод. Бытовые, производственные и атмосферные сточные воды отводятся как совместно, так и раздельно. Наиболее широкое распространение получили общесплавные и раздельные системы водоотведения. При общесплавной системе все три категории сточных вод отводятся по одной общей сети труб и каналов за пределы городской территории на очистные сооружения. Раздельные системы состоят из нескольких сетей труб и каналов: по одной из них отводятся дождевые и незагрязненные производственные сточные воды, а по другой или по нескольким сетям - бытовые и загрязненные производственные сточные воды. Сточные воды представляют собой сложные гетерогенные смеси, содержащие примеси органического и минерального происхождения, которые находятся в нерастворенном, коллоидном и растворенном состоянии. Степень загрязнения сточных вод оценивается концентрацией, т.е. массой примесей в единицу объема мг/л или г/куб.м. Состав сточных вод регулярно анализируется. Проводятся санитарно-химические анализы по определению величины ХПК (общая концентрация органических веществ); БПК (концентрация органических соединений, окисляемых биологическим путем); концентрация взвешенных веществ; активной реакции среды; интенсивности окраски; степени минерализации; концентрации биогенных элементов (азота, фосфора, калия) и др. Наиболее сложны по составы сточные воды промышленных предприятий. На формирование производственных сточных вод влияет вид перерабатываемого сырья, технологический процесс производства, применяемые реагенты, промежуточные изделия и продукты, состав исходной воды, местные условия и др. Для разработки рациональной схемы водоотведения и оценки возможности повторного использования сточных вод изучается состав и режим водоотведения не только общего стока промышленного предприятия, но также сточных вод от отдельных цехов и аппаратов. Помимо определения основных санитарно-химических показателей в производственных сточных водах определяются концентрации специфических компонентов, содержание которых предопределяется технологическим регламентом производства и номенклатурой применяемых веществ. Поскольку производственные сточные воды представляют собой наибольшую опасность для водоемов, мы рассмотрим их более подробно. Производственные сточные воды делятся на две основные категории: загрязненные и незагрязненные (условно чистые).Загрязненные производственные сточные воды подразделяются на три группы. 1.Загрязненные преимущественно минеральными примесями (предприятия металлургической, машиностроительной, рудо- и угледобывающей промышленности; заводы по производству кислот, строительных изделий и материалов, минеральных удобрений и др). 2.Загрязненные преимущественно органическими примесями (предприятия мясной, рыбной, молочной, пищевой, целлюлозно-бумажной, микробиологической, химической промышленности; заводы по производству каучука, пластмасс и др). 3.Загрязненные минеральными и органическими примесями (предприятия нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, текстильной, легкой, фармацевтической промышленности; заводы по производству сахара, консервов, продуктов органического синтеза и др.). Кроме вышеуказанных 3 групп загрязненных производственных сточных вод имеет место сброс нагретых вод в водоем, что является причиной так называемых тепловых загрязнений. Производственные сточные воды могут различаться по концентрации загрязняющих веществ, по степени агрессивности и т.д. Состав производственных сточных вод колеблется в значительных пределах, что вызывает необходимость тщательного обоснования выбора надежного и эффективного метода очистки в каждом конкретном случае. Получение расчетных параметров и технологических регламентов обработки сточных вод и осадка требуют весьма продолжительных научных исследований, как в лабораторных, так и полупроизводственных условиях. Количество производственных сточных вод определяется в зависимости от производительности предприятия по укрупненным нормам водопотребления и водоотведения для различных отраслей промышленности. Норма водопотребления - это целесообразное количество воды, необходимого для производственного процесса, установленная на основании научно обоснованного расчета или передового опыта. В укрупненную норму водопотребления входят все расходы воды на предприятии. Нормы расхода производственных сточных вод применяют при проектировании вновь строящихся и реконструкции действующих систем водоотведения промышленных предприятий. Укрупненные нормы позволяют дать оценку рациональности использования воды на любом действующем предприятии. В составе инженерных коммуникаций промышленного предприятия, как правило, имеется несколько водоотводящих сетей. Незагрязненные нагретые сточные воды поступают на охладительные установки (брызгальные бассейны, градирни, охладительные пруды), а затем возвращаются в систему оборотного водообеспечения. Загрязненные сточные воды поступают на очистные сооружения, а после очистки часть обработанных сточных вод подается в систему оборотного водообеспечения в те цеха, где ее состав удовлетворяет нормативным требованиям. Эффективность использования воды на промышленных предприятиях оценивается такими показателями, как количество использованной оборотной воды, коэффициентом ее использования и процентом ее потерь. Для промышленных предприятий составляется баланс воды, включающий расходы на различные виды потерь, сбросы и добавление компенсирующих расходов воды в систему. Проектирование вновь строящихся и реконструируемых систем водоотведения населенных пунктов и промышленных предприятий должно осуществляться на основе утвержденных в установленном порядке схем развития и размещения отрасли народного хозяйства, отраслей промышленности и схем развития и размещения производительных сил по экономическим районам. При выборе систем и схем водоотведения должна учитываться техническая, экономическая и санитарная оценки существующих сетей и сооружений, предусматриваться возможность интенсификации их работы. При выборе системы и схемы водоотведения промышленных предприятий необходимо учитывать: 1) требования к качеству воды, используемой в различных технологических процессах; 2) количество, состав и свойства сточных вод отдельных производственных цехов и предприятия в целом, а также режимы водоотведения; 3) возможность сокращения количества загрязненных производственных сточных вод путем рационализации технологических процессов производства; 4) возможность повторного использования производственных сточных вод в системе оборотного водообеспечения или для технологических нужд другого производства, где допустимо применять воды более низкого качества; 5) целесообразность извлечения и использования веществ, содержащихся в сточных водах; 6) возможность и целесообразность совместного отведения и очистки сточных вод нескольких близко расположенных промышленных предприятий, а также возможность комплексного решения очистки сточных вод промышленных предприятий и населенных пунктов; 7) возможность использования в технологическом процессе очищенных бытовых сточных вод; 8) возможность и целесообразность использования бытовых и производственных сточных вод для орошения сельскохозяйственных и технических культур; 9) целесообразность локальной очистки сточных вод отдельных цехов предприятия; 10) самоочищающую способность водоема, условия сброса в него сточных вод и необходимую степень их очистки; 11) целесообразность применения того или иного метода очистки. При вариантном проектировании водоотводящих систем и очистных сооружений на основании технико-экономических показателей принимается оптимальный вариант. Водоемы загрязняются в основном в результате спуска в них сточных вод от промышленных предприятий и населенных пунктов. В результате сброса сточных вод изменяются физические свойства воды (повышается температура, уменьшается прозрачность, появляются окраска, привкусы, запахи); на поверхности водоема появляются плавающие вещества, а на дне образуется осадок; изменяется химический состав воды (увеличивается содержание органических и неорганических веществ, появляются токсичные вещества, уменьшается содержание кислорода, изменяется активная реакция среды и др.); изменяется качественный и количественный бактериальный состав ,появляются болезнетворные бактерии. Загрязненные водоемы становятся непригодными для питьевого, а часто и для технического водоснабжения; теряют рыбохозяйственное значение и т.д. Общие условия выпуска сточных вод любой категории в поверхностные водоемы определяются народнохозяйственной их значимостью и характером водопользования. После выпуска сточных вод допускается некоторое ухудшение качества воды в водоемах, однако это не должно заметно отражаться на его жизни и на возможности дальнейшего использования водоема в качестве источника водоснабжения, для культурных и спортивных мероприятий, рыбохозяйственных целей. Наблюдение за выполнением условий спуска производственных сточных вод в водоемы осуществляется санитарно-эпидемиологическими станциями и бассейновыми управлениями. Нормативы качества воды водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования устанавливают качество воды для водоемов по двум видам водопользования: к первому виду относятся участки водоемов, используемые в качестве источника для централизованного или нецентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности; ко второму виду - участки водоемов, используемые для купания, спорта и отдыха населения, а также находящиеся в черте населенных пунктов. Отнесение водоемов к тому или иному виду водопользования проводится органами Государственного санитарного надзора с учетом перспектив использования водоемов. Приведенные в правилах нормативы качества воды водоемов относятся к створам, расположенным на проточных водоемах на 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования, а на непроточных водоемах и водохранилищах на 1км в обе стороны от пункта водопользования. Большое внимание уделяется вопросам предупреждения и устранения загрязнений прибрежных районов морей. Нормативы качества морской воды, которые должны быть обеспечены при спуске сточных вод, относятся к району водопользования в отведенных границах и к створам на расстоянии 300 м в стороны от этих границ. При использовании прибрежных районов морей в качестве приемника производственных сточных вод содержание вредных веществ в море не должно превышать ПДК, установленные по санитарно-токсикологическому, общесанитарному и органолептическому лимитирующим показателям вредности. При этом требования к спуску сточных вод дифференцированы применительно к характеру водопользования. Море рассматривается не как источник водоснабжения, а как лечебный оздоровительный, культурно бытовой фактор. Поступающие в реки, озера, водохранилища и моря загрязняющие вещества вносят значительные изменения в установившийся режим и нарушают равновесное состояние водных экологических систем. В результате процессов превращения загрязняющих водоемы веществ, протекающих под воздействием природных факторов, в водных источниках происходит полное или частичное восстановление их первоначальных свойств. При этом могут образовываться вторичные продукты распада загрязнений, оказывающих отрицательно влияние на качество воды. Самоочищение воды водоемов - это совокупность взаимосвязанных гидродинамических, физико-химических, микробиологических и гидробиологических процессов, ведущих к восстановлению первоначального состояния водного объекта. В связи с тем, что в сточных водах промышленных предприятий могут содержаться специфические загрязнения, их спуск в городскую водоотводящую сеть ограничен рядом требований. Выпускаемые в водоотводящую сеть производственные сточные воды не должны: нарушать работу сетей и сооружений; оказывать разрушающего воздействия на материал труб и элементы очистных сооружений; содержать более 500мг/л взвешенных и всплывающих веществ; содержать вещества, способные засорять сети или отлагаться на стенках труб; содержать горючие примеси и растворенные газообразные вещества, способные образовывать взрывоопасные смеси; содержать вредные вещества, препятствующие биологической очистке сточных вод или сбросу в водоем; иметь температуру выше 40 С. Производственные сточные воды не удовлетворяющие этим требованиям, должны предварительно очищаться и лишь после этого сбрасываться в городскую водоотводящую сеть. Основные методы очистки сточных вод Методы, применяемые для очистки производственных и бытовых сточных вод, можно разделить на три группы: механические; физико-химические, биологические. В комплекс очистных сооружений, как правило, входят сооружения механической очистки. В зависимости от требуемой степени очистки они могут дополняться сооружениями биологической либо физико-химической очистки, а при более высоких требованиях в состав очистных сооружений включаются сооружения глубокой очистки. Перед сбросом в водоем очищенные сточные воды обеззараживаются, образующийся на всех стадиях очистки осадок или избыточная биомасса поступает на сооружения по обработке осадка. Очищенные сточные воды могут направляться в оборотные системы водообеспечения промышленных предприятий, на сельскохозяйственные нужды или сбрасываться в водоем. Обработанный осадок может утилизироваться, уничтожаться или складироваться. Механическая очистка применяется для выделения из сточных вод нерастворенных минеральных и органических примесей. Как правило, она является методом предварительной очистки и предназначена для подготовки сточных вод к биологическим или физико-химическим методам очистки. В результате механической очистки обеспечивается снижение взвешенных веществ до 90%,а органических веществ до 20%. В состав сооружений механической очистки входят решетки, различного вида уловители, отстойники, фильтры. Песколовки применяются для выделения из сточных вод тяжелых минеральных примесей (в основном песка). Обезвоженный песок при надежном обеззараживании может быть использован при производстве дорожных работ и изготовлении строительных материалов. Усреднители применяются для регулирования состава и расхода сточных вод. Усреднение достигается либо дифференцированием потока поступающей сточной воды, либо интенсивным перемешиванием отдельных стоков. Первичные отстойники применяются для выделения из сточных вод взвешенных веществ, которые под действием гравитационных сил оседают на дно отстойника, или всплывают на его поверхность. Для очистки сточных вод, содержащих нефть и нефтепродукты, при концентрациях более 100 мг/л применяют нефтеловушки. Эти сооружения представляют собой прямоугольные резервуары, в которых происходит разделение нефти и воды за счет разности их плотностей. Нефть и нефтепродукты всплывают на поверхность, собираются и удаляются из нефтеловушки на утилизацию. Биологическая очистка - широко применяемый на практике метод обработки бытовых и производственных сточных вод. В его основе лежит процесс биологического окисления органических соединений, содержащихся в сточных водах. Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов, включающим множество различных бактерий, простейших и ряд более высокоорганизованных организмов-водорослей, грибов и т.д., связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма). Химические и физико-химические методы очистки играют значительную роль при обработке производственных сточных вод. Они применяются как самостоятельные, так и в сочетании с механическими и биологическими методами. Нейтрализация применяется для обработки производственных сточных вод многих отраслей промышленности, содержащих щелочи и кислоты. Нейтрализация сточных вод осуществляется с целью предупреждения коррозии материалов водоотводящих сетей и очистных сооружений, нарушения биохимических процессов в биологических окислителях и водоемах.

3.4 Технологический процесс очистки бытовых сточных вод в станции «МОНОБЛОК-Т»

Использование городских сточных вод для технического водоснабжения

Технологический процесс очистки бытовых сточных вод станцией «МОНОБЛОК-Т» имеет следующие основные этапы:

1) Сточные воды поступают в уравнительный (накопительный) резервуар, где происходит их грубая предварительная очистка от механических загрязнений.

2) Из накопительного резервуара частично очищенная вода дозировано подаётся в биореактор.

3) После того, как биореактор наполнился до заранее установленного максимального уровня, компьютер отключает насос, который закачивает воду из уравнительного резервуара в биореактор.

4) Включается фаза аэрации. (На протяжении этого периода, также происходит аэрация накопительного резервуара, благодаря чему, очищенная вода проходит не только грубую механическую очистку, но и предварительную биологическую).

5) После прекращения аэрации, наступает фаза покоя, во время которой осаждается активный ил.

6) Далее очищенная вода откачивается, до предварительно установленного минимума. Тем самым даётся команда к началу очередного наполнения реактора, после чего цикл очистки повторяется.

Система отсчитывает время от последнего периода аэрации, и если фаза покоя превысит установленный промежуток времени, включается кратковременная аэрация накопительного резервуара для удержания ила в активном состоянии. Это имеет значение при недостаточном притоке сточных вод.

На повышенный приток сточных вод система реагирует таким образом, что после достижения критического уровня воды в выравнивающей ёмкости, откачивается большее количество очищенной воды, чем в ходе обычно протекающего цикла. В случае установки датчика плавной регуляции уровня воды в накопительном резервуаре, появляется возможность контролировать количество откачиваемой очищенной воды. Это обычно реализуется в станциях, мощность которых более 300 условных пользователей.

Оптимальное количество активного ила в биореакторе SBR поддерживается автоматически.

Блок управления поставляется как комплект силового распределителя с компьютером, и даёт возможность автоматического или ручного регулирования за функционированием станции. Силовой распределитель подбирается на конкретную величину очистной станции, как и мощность насосов и компрессоров.

Границы параметров работы станции дают возможность устанавливать практически любые производственные характеристики.

Компьютер можно использовать для передачи данных о работе станции на расстояние при помощи стационарной телефонной линии или мобильной (сотовой) связи, что даёт возможность дистанционного регулирования эксплутационных параметров «МОНОБЛОКА-Т».

3.5 Очистка сточных вод для различных систем канализации

Для очистки сточных вод при централизованной схеме канализации следует применять сооружения:

естественной биологической очистки (поля фильтрации, биологические пруды);

искусственной биологической очистки (аэротенки и биофильтры различных типов, циркуляционные окислительные каналы);

физико-химической очистки для вахтовых поселков с временным пребыванием персонала и для других объектов с периодическим пребыванием людей.

Для очистки сточных вод при децентрализованной схеме канализации следует применять фильтрующие колодцы, поля подземной фильтрации, песчано-гравийные фильтры, фильтрующие траншеи, аэротенки на полное окисление, сооружения физико-химической очистки для объектов периодического функционирования (пионерских лагерей, туристских баз и т. п.).

Для очистки сточных вод малых населенных пунктов целесообразно применение установок заводского изготовления по #M12291 901704796ГОСТ 25298-82.

Для отдельно стоящих зданий при расходе бытовых сточных вод до 1 м3/сут допускается устройство люфт-клозетов или выгребов.

Обработку сточных вод прачечных, загрязненных синтетическими поверхностно-активными веществами (СПАВ), допускается производить совместно с бытовыми сточными водами при отношении их количеств 1:9. Для банно-прачечных сточных вод это отношение следует принимать 1:4, для банных - 1:1. При обосновании допускается применение регулирующих резервуаров.

При большом количестве банно-прачечных сточных вод следует предусматривать их обработку для обеспечения допустимой концентрации СПАВ.

По подаче сточных вод на очистные сооружения насосами расчет очистных сооружений малых населенных пунктов следует производить на расход, равный производительности насосных установок.

3.5.1 Схемы и системы канализации промышленных предприятий

Система водного хозяйства промышленных предприятий должна быть с максимальным повторным (последовательным) использованием производственной воды в отдельных технологических операциях и с оборотом охлаждающей воды для отдельных цехов или всего предприятия в целом. Безвозвратные потери воды должны восполняться за счет аккумулирования поверхностных сточных вод, бытовых, городских и производственных сточных вод после их очистки и обеззараживания (обезвреживания).

Прямоточная система подачи воды на производственные нужды со сбросом очищенных сточных вод в водные объекты допускается лишь при обосновании и согласовании с органами по регулированию использования и охране вод и органами рыбоохраны.

При выборе схемы и системы канализации промышленных предприятий необходимо учитывать:

возможность исключения образования загрязненных сточных вод в технологическом процессе за счет внедрения безотходных и безводных производств, использования сухих процессов, устройства замкнутых систем водного хозяйства, применения воздушных методов охлаждения и т. п.;

требования к качеству воды, используемой в различных технологических процессах, и ее количество;

количество и характеристику сточных вод, образующихся в различных технологических процессах, и физико-химические свойства присутствующих в них загрязняющих веществ, материальный и энергетический балансы водопотребления и водоотведения;

возможность локальной очистки потоков сточных вод с целью извлечения отдельных компонентов и повторного использования воды, а также создания локальных замкнутых систем производственного водоснабжения;

возможность последовательного использования воды в различных технологических процессах с различными требованиями к ее качеству;

возможность вывода отдельным потоком сточных вод, требующих локальной очистки;

возможность объединения сточных вод с идентичной качественной характеристикой;

возможность использования в производстве очищенных бытовых и городских сточных вод, а также поверхностных сточных вод и создания замкнутых систем водного хозяйства без сброса сточных вод в водные объекты;

возможность протекания в трубопроводах химических процессов с образованием газообразных или твердых продуктов при поступлении в канализацию различных сточных вод;

условия спуска производственных сточных вод в водные объекты или в систему канализации населенного пункта или другого водопользователя.

Канализование промышленных предприятий надлежит предусматривать, как правило, по полной раздельной системе.

Сточные воды, требующие специальной очистки с целью их возврата в производство или для подготовки перед спуском в водные объекты или в систему канализации населенного пункта или другого водопользователя, следует отводить самостоятельным потоком.

Объединение потоков производственных сточных вод с различными загрязняющими веществами допускается при целесообразности их совместной очистки.

Очистка производственных и городских сточных вод на внеплощадочных очистных сооружениях может производиться совместно или раздельно в зависимости от характеристики поступающих сточных вод и условий их повторного использования.

Производственные сточные воды, подлежащие совместному отведению и очистке с бытовыми сточными водами населенного пункта, не должны:

нарушать работу сетей и сооружений;

содержать вещества, которые способны засорять трубы канализационной сети или отлагаться на стенках труб;

оказывать разрушающее действие на материал труб и элементы сооружений канализации;

содержать горючие примеси и растворенные вещества, способные образовывать взрывоопасные и токсичные газы в канализационных сетях и сооружениях;

содержать вредные вещества в концентрациях, нарушающих работу очистных сооружений или препятствующих использованию их в системах технического водоснабжения или сбросу в водные объекты (с учетом эффекта очистки).

Производственные сточные воды, не отвечающие указанным требованиям, должны подвергаться предварительной очистке. Степень их предварительной очистки должна быть согласована с организациями, проектирующими очистные сооружения населенного пункта или другого водопользователя.

Сточные воды, не загрязненные в процессе производства, должны быть использованы в системах производственного водоснабжения предприятия или переданы другому потребителю, в том числе на орошение.

Количество сточных вод промышленных предприятий необходимо определять по технологическим данным с анализом водохозяйственного баланса в части возможного увеличения водооборота и повторного использования сточных вод, при отсутствии данных - по укрупненным нормам расхода воды на единицу продукции или сырья, по данным аналогичных предприятий. Из общего количества сточных вод промышленных предприятий следует выделять количество, принимаемое в канализацию населенного пункта или другого водопользователя.

При раздельной системе канализации очистку поверхностных сточных вод с территории города следует осуществлять на локальных или централизованных очистных сооружениях поверхностного стока. При этом в зависимости от предъявляемых требований следует, как правило, применять сооружения механической очистки (решетки, песколовки, отстойники, фильтры). В некоторых случаях возможна совместная очистка поверхностных, бытовых и производственных сточных вод на общих очистных сооружениях, при этом поверхностные сточные воды следует аккумулировать в накопителях и подавать в систему канализации в часы минимального притока городских сточных вод.

При полураздельной системе канализации очистку смеси поверхностных вод с бытовыми и производственными сточными водами следует осуществлять по полной схеме очистки, принятой для городских сточных вод.

Для снижения гидравлической нагрузки на очистные сооружения допускается использование регулирующих емкостей.

Поверхностные сточные воды с территорий промышленных предприятий следует подвергать очистке.

Разработка мероприятий по очистке поверхностных сточных вод на предприятиях должна основываться на натурных данных об источниках загрязнения территории и воздуха, характеристике водосборного бассейна, сведениях об атмосферных осадках, выпадающих в данном районе, режимах полива и мойки территории.

Если территория предприятия по составу и количеству накапливающихся на поверхности примесей мало отличается от селитебной, поверхностные сточные воды могут быть направлены в дождевую канализацию населенного пункта.

Выбор схемы отведения поверхностных сточных вод на очистку должен осуществляться на основе оценки технической возможности и экономической целесообразности:

использования, как правило, поверхностных сточных вод в системах производственного водоснабжения;

самостоятельной очистки поверхностных сточных вод.

При разработке схемы отведения и очистки поверхностных сточных вод в зависимости от конкретных условий (источников загрязнения, размеров, расположения и рельефа водосборного бассейна и др.) следует учитывать необходимость локализации отдельных участков производственной территории, на которые могут попадать вредные вещества, с отводом стока в производственную канализацию или после предварительной очистки в дождевую канализацию. В ряде случаев необходимо оценивать целесообразность раздельной очистки стоков с производственных площадей, отличающихся по характеру и степени загрязнения территории. Для очистки поверхностных сточных вод рекомендуется предусматривать простые в эксплуатации и надежные в работе сооружения механической и физико-химической очистки. Во всех случаях следует применять отстойные сооружения. Для интенсификации процесса очистки и обеспечения более глубокой степени очистки, чем та, которая достигается в отстойных сооружениях, рекомендуется применять фильтрацию, коагуляцию, флотацию. При необходимости снижения содержания органических примесей осветленные сточные воды следует направлять на сооружения биологической очистки. Для интенсификации биологической очистки городских и поверхностных сточных вод допускается применять контактно-стабилизационный метод (на аэротенках).

Глава IV. Экологическая оценка эффективности использования осадка сточных вод в качестве удобрения

С ростом численности населения возрастают масштабы производственной деятельности, поэтому проблема оптимизации взаимодействия человека и природы является актуальной и решение ее имеет большое значение в улучшении окружающей среды.

Интенсификация земледелия и недостаточное внесение в почву органического вещества приводят к излишней минерализации гумуса - основного носителя плодородия. К примеру, за последние 2-3 десятилетия содержания гумуса в Нечерноземной зоне уменьшилось на 0,5-0,7 т/га, в Центрально-Черноземной полосе на - 1,0-1,5 т/га.

Установлено, что почвы под зерновыми культурами ежегодно теряют 0,5-1,5 т/га гумуса, под пропашными потери в 1,5-3 раза выше. Снижение плодородия почв характерно и для Курской области. В 1985 г. в Российской Федерации внесено 457 млн.т органических удобрений включая ОСВ, в 1990 г. - 575 млн.т, а к 1995 г. эта цифра должна была увеличиться до 697 млн.т.

Согласно расчетам научных утверждений, даже такой рост внесения органики не в состоянии обеспечить бездефицитный баланс гумуса в почвах. Отсюда возникает острая необходимость максимального увеличения производства всех видов органических удобрений, в том числе нетрадиционных.

Ежегодно в нашей стране только в животноводстве накапливается около 1,0 куб.км сточных вод. В них содержится 4,5 млн.т. азота, 100 тыс.т фосфора, 700 тыс.т калия. Используя лишь животноводческие сточные воды для улучшения возделывания сельскохозяйственных культур, можно получить в пересчете на зерно дополнительный урожай свыше 7 млн. т зерна.

Наряду с применением в качестве удобрений навоза, навозной жижи, птичьего помета, компостов, соломы, опилок, лесного опада, зеленых растений, сапропеля, большой интерес представляет использование в качестве местного удобрения канализационного ила - осадка сточных вод (ОСВ) городских очистных сооружений (ГОС). По ориентировочной оценке общее количество ОСВ на станциях России в 1995 году составило свыше 10 млн.т по сухому веществу. Из существующих методов утилизации осадков наиболее надежным и экологически выгодным является метод почвенного удаления. Выявлено, что 10 млн.т осадков сточных вод по содержанию сухого вещества, основных элементов питания и удобрительной ценности равноценны примерно 50 млн.т навоза. Использование части ОСВ на удобрения позволит сохранить значительное количество минеральных туков, уменьшит дефицит гумуса.

Из литературных данных следует, что в большинстве случаев по удобрительной ценности ОСВ не уступают подстилочному навозу. Основные технические и технологические проблемы использования остаточных илов прямо связаны с сельским хозяйством. Правильное применение ОСВ позволит повысить плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур, обеспечит охрану окружающей среды. Осадки сточных вод индивидуальны по своему химическому составу. На настоящий момент они новые и пока малоизученные удобрения, что нередко создает весьма подозрительное к ним отношение. В сточных водах возможен спонтанный процесс образования новых, неизвестных соединений, механизм формирования которых существующими методами установить чрезвычайно трудно. Илы некоторых очистных сооружений обладают выраженной фитотоксичностью, которая может быть обусловлена загрязнением этих осадков органическими соединениями, обладающими гербицидными свойствами.

Однако основным фактором, сдерживающим применение ОСВ в растениеводстве, является наличие в них солей тяжелых металлов, влияние которых на почву, растения и безвредность продуктов мало изучено. Следовательно, для оптимального решения данного вопроса имеется ряд трудностей и много еще неразрешенных задач.

Для правильного использования осадков городских сточных вод в качестве удобрений, необходимо в каждом конкретном регионе организовать всестороннее изучение их химического состава, определить влияние ОСВ на плодородие почв, урожай и качество сельскохозяйственных культур. В настоящее время в России имеется мало данных по рассматриваемым вопросам.

Разработка научных основ применения ОСВ в качестве удобрений, возврат элементов питания, в основном, естественного происхождения, в почвенную среду и в итоге оздоровление природы - главная цель наших исследований. Цель исследований. Выявление возможности использования осадков городских сточных вод в качестве удобрения и получения экологически чистой растениеводческой продукции в Центральном Черноземье является целью исследований.

Заключение

В настоящее время отсутствуют научно-обоснованные требования к качеству очищенных сточных вод, предназначенных для использования в техническом водоснабжении. Существующие требования разрознены, порой противоречивы, как правило, не учитывают в полной мере вопросы обеспечения безопасности работающих и населения.

Результаты экспериментальных и эпидемиологических исследований указывают на существование определенного риска для здоровья населения, обусловленного антропогенным загрязнением сточных вод. Высокая степень очистки сточных вод выступает в качестве основного фактора профилактики инфекционных заболеваний и интоксикаций среди контингента населения, подвергающихся прямому или косвенному воздействию сточных вод.

В этих условиях невозможно рассчитывать на экстенсивное водоснабжение из традиционных источников и основным путем решения проблемы становится повторное использование сточных вод для технического водоснабжения.

Литература

Богданов М.В. Использование городских сточных вод для технического водоснабжения: Обзорная информация. – М.: НИИ экономики и жилищно-коммунального хозяйства АКХ им. К.Д. Памфилова, 1992. – 44 с.

Марков П.П. Системы оборотного водоснабжения промышленных предприятий: Обзор. ВНИИС Госстроя СССР. – М., 1976, - 37 с.

Черкинский С.Н., Марков П.П., Габриловская Л.Н. Повторное использование городскнх сточных вод в целях санитарной охраны водоемов // Гигиена и санитария. 1974, - № 8, - с. 70-72

Шицкова А.Н., Акулова К.И., Климкина Н.В., Савелова В.А. Гигиенические основы комплексного использования и охрана водных ресурсов. – М.: Медицина, 1989. – 288 с.

Курсовая работа: Использование городских сточных вод для технического водоснабжения

Похожие работы: