Экология водоотведения - Городское строительство и хозяйство

Экология водоотведения является составной частью экологии водного хозяйства, в ней рассматривается воздействие на окружающую среду и взаимосвязь жидких отходов человеческой деятельности с разработкой нагрузок, норм использования и способов, предотвращающих деградацию среды жизни этими отходами.

Под жидкими отходами человеческой деятельности в данном случае понимаются все категории сточных вод, образующиеся в быту, обществе, промышленности, сельском хозяйстве, включая атмосферные.

Создавая комфортные условия обитания, обеспечивая социально-культурные и производственные потребности человека, водопроводная вода претерпевает изменения, превращаясь после ее использования в жидкие отходы - сточные воды. Классификация сточных вод основана на их происхождении - генезисе.

Хозяйственно-бытовые сточные воды образуются в жилых и общественных зданиях, на промпредприятиях (при приготовлении пищи, после санитарных приборов, стирки и т. п.).

Происхождение и состав промышленных сточных вод определяется характером производства и водообеспечения.

Характер загрязнения производственных сточных вод в основном определяется профилем предприятия, составом перерабатываемых материалов, сырья и видом выпускаемой продукции.

По концентрациям загрязненные производственные сточные воды подразделяются на 4 группы, мл/л:

Слабоконцентрированные 0-500;

Среднеконцентрированные 500-5000;

Концентрированные 5000-30000;

Высококонцентрированные - более 30000.

По агрессивности, рН:

Неагрессивные 6,5-8;

Слабоагрессивные 6-6,5 и 8-9;

Сильноагрессивные - менее 6 и более 9.

Общий расход сточных вод промпредприятий определяется в зависимости от объема выпускаемой продукции по укрупненным нормам водопотребления и водоотведения. При этом в норму водоотведения входят удельные расходы загрязненных сточных вод, условно чистых (не подлежащих очистке) и бытовых.

Нормативно чистые производственные сточные воды - после охлаждения техпроцессов - после снижения температуры, используется в основном для оборотного водоснабжения, хотя в некоторых случаях их сбрасывают в дождевую систему водоотведения, что свидетельствует о низком уровне водного хозяйства на предприятии и что недопустимо по экологическим и экономическим соображениям. В условиях рыночной экономики, введения платы за воду как за ресурсы следует ожидать прекращения этих сбросов.

Дождевые и талые воды, а также поливочные с территории населенных пунктов и предприятий, можно рассматривать как среднеконцентрированные промышленные сточные воды, которые большей частью сбрасываются в водоемы без очистки, что является нарушением санитарных норм.

В состав поверхностного стока непременно входят компоненты обрабатываемого сырья. Например, в поверхностных водах заводов по производству фосфорных удобрений присутствует фосфор, мясокомбинатов - жиры и т. д.

В хозбытовую систему сбрасываются воды после душевых, пищеблоков, санузлов, а также производственные, которые можно обезвредить на городских очистных сооружениях, т. е. прием которых возможен в городскую систему водоотведения.

Дождевые воды с крыш и территории промплощадок следует отводить на очистные сооружения поверхностного стока, поскольку их загрязненность мехпримесями, маслонефтепродуктами, а также сырьевыми материалами близка к среднеконцентрированным стокам. При отсутствии на предприятии оборотной системы водоснабжения в дождевую канализацию допускается направлять условно-чистые производственные сточные воды (чаще всего после охлаждения).

Производственные сточные воды, содержащие загрязнения, не допускаемые к сбросу в городскую систему водоотведения или превышающие допустимые нормы, должны отводиться по отдельным трубопроводам и обезвреживаться локально на предприятии. При наличии нескольких таких потоков вопрос их совместного или раздельного водоотведения рассматривается при проектировании в зависимости от состава и методов обезвреживания.

Если сточные воды промпредприятий не соответствуют приведенным ограничениям, то перед сбросом в сеть их необходимо обработать на локальных очистных сооружениях (местные нормы на прием производственных сточных вод в городскую сеть водоотведения с учетом специфики их состава, ПДК и ПДС разрабатываются службами водопроводно-канализационного хозяйства и утверждаются муниципальными властями).

На основании длительного изучения влияния различных химических соединений на флору и фауну установлены предельно допустимые концентрации для водоемов различных категорий водопользования. При этом вещество нормируется по санитрано-токсикологическому, общесанитарному лимитирующему или органолептическому показателю вредности.

Основные направления экологизации систем водоотведения.

Экологизация - это процесс неуклонного, постепенного и последовательного внедрения систем технологических, управленческих, организационных и других решений, позволяющих повышать эффективность использования естественных ресурсов и условий с улучшением или хотя бы с сохранением качества природной среды. Общая экологизация - объективные, более системный подход и осознание природы в жизни человека, новый этап культуры.

Согласно определению Европейской экономической комиссии ООН безотходная технология - это практическое применение знаний, методов и рационального использования природных ресурсов и энергии, а также защиты окружающей среды.

Малоотходная технология является промежуточным этапом создания безотходной. Составными элементами их являются: комплексная переработка сырья с использованием всех его компонентов; уменьшение или полное исключение загрязнения окружающей среды промежуточными продуктами, отходами производства и потребления путем переработки и получения из них товарной продукции; создание замкнутых систем производственного цикла.

Первым шагом в этом направлении является создание систем повторного и оборотного водоснабжения. При создании оборотных и замкнутых систем водоснабжения необходимо рассматривать основной технологический процесс и очистку сточных вод как единое целое.

Аналогичный подход должен реализовываться и при проектировании и эксплуатации систем водного хозяйства отдельных районов, территориально-промышленных комплексов, агропромышленных образований.

Следует отметить, что при этом будет возрастать стоимость мероприятий по охране гидро - и атмосферы. Но данные затраты не являются вычетом из национального подхода. Они компен 6сируются предотвращенным или ликвидируемым ущербом, который наносится выбросами. Следствием выбросов будут увеличенные расходы на подготовку воды для нужд питьевого, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения; снижение продуктивности рыбного и лесного хозяйства, животноводства, урожаев; возрастание расходов на восстановление природного состояния водоемов, на медицинское обслуживание населения и т. д.

При комплексном решении водохозяйственного баланса в регионе следует учитывать, сто технологические нормативы качества оборотных вод, зачастую менее жесткие, чем к очищенным, сбрасываемым в водоемы. Это позволяет существенно сократить нагрузку на природную среду за счет уменьшения энергетических затрат на очистку вод, забора свежей воды, на подпитку оборотных систем.

Выбор оптимальных технологических схем очистки вод и замкнутых систем водоснабжения обосновывае 6тся технико-экономическими расчетами. При этом даже при экономической нецелесообразности в первую очередь следует принимать проекты и технологии, обеспечивающие улучшение санитарно-гигиенических условий на предприятии, в городе, в регионе. Не следует забывать один из основных законов экологии - "ничто не дается даром", а также народную мудрость - "скупой платит дважды".

В наибольшей степени способствуют изложенным положениям экологизации процессов очистки сточных вод следующие технические решения и мероприятия.

1. Механическая очистка:

Совершенствование гидродинамических режимов существующих отстойных сооружений путем устройства струенаправляющих перегородок, регулирования сбора осветленной жидкости, увеличения коэффициента полезного использования, оборудования их тонкослойными блоками, сто позволит в 2-3 раза увеличить гидравлическую нагрузку и получить эффект очистки по взвешенным веществам не менее 65%

Применение вместо отстойников сетчатых установок, обеспечивающих эффект очистки сточных вод по взвешенным веществам 40-95% (в зависимости от физико-химических характеристик твердой фазы и типа сетчатой перегородки). К таким установкам относятся барабанные сетки, микрофильтры, устройства фильтрующие самоочищающиеся;

Предварительная обработка сточных вод перед осветлением коагулянтами, флокулянтами, активным илом, отработанной биопленкой (для хозбытовых сточных вод), что позволяет получить менее влажную твердую фазу и повысить эффект очистки 75-80%;

Расширение применения технологических процессов очистки вод, использующих центробежные силы для разделения суспензий и эмульсий взамен гравитационных; основу таких техпроцессов составляют гидроциклоны различных конструкций (открытые, напорные, многопродуктовые, многоярусные, классификаторы и т. д.), а также центрифуги. Их применение уменьшает потребные производственные площади для размещения на 1-2 порядка, позволяет получить менее обводненные осадки шламы), масло-, нефте-, жиропродукты, создает возможность вторичного использования компонентов.

Совершенствование существующих и разработка новых (напорных и безнапорных) фильтровальных установок, обеспечивающих возможность максимальной утилизации продуктов регенерации при высокой эффективности выделения загрязнений.

2. Химическая очистка:

Применение более активных коагулянтов, флокулянтов, реагентов, содержащих меньшее количество инертных компонентов, чем в настоящее время;

Применение для определенных процессов газообразных, твердых и жидких промышленных отходов.

Например, дымовые газы котельных, содержащих сернистый ангидрид, травильные растворы гальванического производства, шлифовальные нитритсодержащие жидкости, железный скрап и стружка металлообработки могут применяться для восстановления шестивалентного хрома в сточных водах;

Повторное использование шламов и осадков химической очистки вод для предварительной обработки загрязнений;

Выделение и утилизация в основном или вторичном производстве продуктов реакции. Например, содержащийся в промывных сточных водах и отработанных дубильных растворах кожевенного производства трехвалентный хром после нейтрализации известью осаждается в виде гидрооксидов, последующая обработка Cr(OH)3 серной кислотой позволяет получить вновь дубильный раствор, содержащий Cr(SO4)3;

Организация рациональной системы водоотведения производственных сточных вод, обеспечивающих их взаимоочистку после объединения на локальных очистных сооружениях.

3. Физико-химическая очистка:

Существенное расширение и совершенствование процессов гипер-, ультрафильтрации, электродиализа, экстракции, адсорбации, ионообмена, позволяющих выделять и возвращать в основное производство продукты, а очищенные воды после корректировки состава до нормативных величин использовать в оборотном водоснабжении;

Разработка и создание новых селективных типов сорбентов для избирательного выделения определенных компонентов из сточных вод с целью вторичного использования;

Широкое использование жидких и твердых промышленных отходов в технологических процессах.

Например, для жидких отходов: кубовые остатки красильных ванн (автоклавов) после их механического осветления (как вариант - фильтрованием) используются повторно в крашении с корректировкой состава. Аналогично поступают и с отработанными электролитами (растворами) гальванопокрытий. Для твердых отходов: графитированные углесодержащие отходы электродных производств имеют развитую поверхность супер - и микропор, обеспечивающих эффективную очистку и доочистку сточных вод сорбцией от нефтепродуктов, красителей, нитратов, фосфатов и других загрязнений;

Развитие энергетически малоемких эффективных процессов, к числу которых можно отнести использование в очистке вод электроэнергии, полученной из биогаза, а также гальванокоагуляцию, которая представляет собой комплексный физико-химический окислительно-восстановительный процесс;

Развитие передвижной сервисной сети обслуживания абонентов по регенерации сорбентов, электрохимическому выделению тяжелых металлов на катодах специальных установок, что позволит возвратить в технологию продукты, провести с получением вторичного сырья регенерацию сорбентов и их же возвратить в цикл очистки вод. Провести указанные операции на отдельных предприятиях не всегда возможно по техническим и организационным причинам, а наличие специализированной организации, проводящей по согласованному графику эти работы, повышает технологическую эффективность;

Разработка методов предварительного физического и химического воздействий на очищаемые воды, физическая обработка (омагничивание, ультразвуковая, высокочастотная и др.), приводящая к изменению физико-химических характеристик и соответственно к более глубокой степени выделения загрязнений из вод; к химическим способам относится активация поверхностных свойств фильтрующих материалов химическими веществами с целью увеличения эффективности очистки вод.

Способ "мокрого сжигания" (огневой, термический способ обезвреживания), применяемый в настоящее время для ликвидации концентрированных трудноокисляемых органических загрязнений (капролактам, нитроциклогексанол и т. д.), без специальных гозоочистных установок приводят к загрязнению атмосферы.

4. Биологическая очистка:

Развитие и применение на практике метода предварительной анаэробной подготовки сточных вод перед аэробным окислением;

Повсеместное использование искусственных носителей биомассы позволяет увеличить ее концентрацию до 50г/л с разработкой новых систем обеспечения кислородом (носители биомассы типа "Ерш", "Вий", "Ромашка" и т. д.), что позволяет иметь экологическую трофическую цепь питания микроргранизмов по взаимоотношению "хищник - жертва" по ходу движения очищаемых сточных вод;

Широкое применение биосорбционных методов, обеспечивающих глубокую очистку вод не только от биологически "мягких" органических и азот содержащих веществ (определяемых по БПК), но и "жестких", а также неорганических (ХПК) с одновременной биорегенерацией сорбентов. Следует ожидать расширения ассортимента используемых в биосорбентах загрузок помимо активированных углей: углесодержащие отходы электродных производств, полученные пиролизом сорбенты из активного ила, торфа и т. д.;

Регулирование соотношения групп микроорганизмов - аммонификаторов - нитрификаторов - денитрификаторов - азотфиксаторов в биоценозе аэрокислителей, что обеспечивает глубокую деазотизацию сточных вод;

Биологическая доочистка сточных вод иммобилизованной микрофлорой от частиц активного ила с использованием прироста биомассы моллюсками и с передачей последних на корм птицам.

Использование симбиотического альгобактериального сообщества (водоросли + бактерии) в очистке и доочистке сточных вод с искусственным освещением в темный период суток интенсивностью 120 лк/мІ. Продуцируемый бактериями при окислении органических веществ диоксид углерода усваивается водорослями, а выделяемый последними в результате фотосинтеза кислород используется микроорганизмами как акцептор электронов в метаболизме. При этом достигается глубокая (до 2-3 мг/л по БПКп) очистка сточных вод и не требуется воздуходувок, компрессоров для биоокислителей.

Воздействие человека на почву и влияние ее загрязнения на объекты биосферы.

Почва - это особая органо-минеральная природная многофазная структурная система, обдадающая плодородием, возникшая в поверхностном слое выветривания горных пород в результате воздействия живых организмов на органические и минеральные субстраты, разложения мертвых организмов, влияния природных вод и атмосферного воздуха, в различных условиях климата, рельефа и времени в гравитационном поле Земли.

Основное свойство почвы - плодородие. Оно, связано с качеством почв, в том числе с содержанием в них простых элементов, мощностью, загрязненностью и т. д. Убирая ежегодно урожай, человек тем самым отчуждает накопленные в почве сотнями и тысячелетиями питательные вещества - элементы питания растений. Запас их в почве не безграничен, даже с учетом всех вносимых в мире удобрений. Деградация и потери почвенного покрова в последнее десятилетие особенно увеличились в засушливых местах и полузасушливых районах мира, прилежащих к пустыням. Это так называемый процесс опустынивания, по борьбе с которым в ООН разработан всемирный план действий.

В разрушении почв и снижении их плодородия выделяют следующие процессы:

    1. Аридизация суши - комплекс процессов уменьшения увлажненности обширных территорий и вызванного этим сокращение биологической продуктивности экологических систем. Под действием примитивного земледелия, нерационального использования пастбищ, беспорядочного применения техники на угодиях, окаймляющих пустыни, почвы превращаются в пустыни. 2. Эрозия почв, т. е. разрушение почв под воздействием ветра, воды, техники и ирригации. Наиболее опасна водная эрозия - смыв почвы талыми, дождевыми и ливневыми водами. Отмечаются при крутизне уже 1--2°, чем круче склон, тем интенсивнее эрозия. Водной эрозии способствует уничтожение лесов, направление вспашки (по склону).

Ветровая эрозия характеризуется выносом ветром наиболее мелких частиц почвы, с которыми выносятся важнейшие вещества. Ветровой эрозии способствует уничтожение растительности на территориях с недостаточной влажностью, сильными ветрами, непрерывным выпасом скота. Известно, что пыльные бури уничтожали почвы огромных сельскохозяйственных территорий Азии, Южной Европы, Африки, Австралии и Америки. Так в 1934 г. в США в районе распаханных прерий Великой равнины 20 млн га пыльной бурей превращены в бросовые земли, а 60 млн га резко снизили свое плодородие.

Техническая эрозия связана с разрушением почвы под воздействием транспорта, землеройных машин и техники. иррациональная эрозия развивается в результате нарушения правил полива при орошаемом земледелии.

3.3 асоление почв в основном связано с этими нарушениями. Различают естественное засоление, когда губительное количество углекислых солеи Са, Мg, Nа накапливаются в почве, поступая из грунтовых вод, и вторичное засоление орошаемых почв. В этом случае из-за отсутствия дренажа на поливных участках и гидроизоляции оросительных систем, происходит подъем грунтовых вод, заболачивание земель и их засоление.

В настоящее время не менее 50% площади орошаемых земель значительно засолено и потеряны миллионы ранее плодородных земель.

Изменение содержания микроэлементов в почве немедленно сказывается на здоровье травоядных животных и человека. Недостаток или избыток тех или иных микроэлементов приводит к нарушению обмена веществ, вызывая различные заболевания. Так недостаток йода в почве (Западные области Украины) ведет к болезни щитовидной железы и кретинизму, недостаток кальция при избытке стронция в питьевой воде и продуктах питания - причина болезни, приводящей к поражению суставов, их деформации, задержке роста (С. Китай, р-ны Забайкалья, Дальнего Востока и др.). Недостаток фтора вызывает кариес зубов (одл. на реке Дон и др.). Выбросы предприятий и транспорта попадают в почву, изменяя состав микроэлементов.

Основными источниками регионального заражения почвы канцерогенами являются выхлопы самолетов, автотранспорта, выбросы промпредприятий, продукты нефтепереработки и др. Таким образом, основная опасность загрязнения почвы связана с глобальным загрязнением атмосферы.

Предельно допустимую концентрацию (ПДК) вредных веществ в почве устанавливают с учетом опасности не только от непосредственного контакта с ней, но главным образом с учетом последствий вторичного загрязнения контактирующих с почвой растений и животных, атмосферы и водоемов. Наряду с безвредными живыми организмами в почве обитают постоянно или временно патогенные (греч. раtlios - страдание и genos-- рождение) - болезнетворные организмы - возбудители инфекционных болезней: сибирской язвы, газовой гангрены, столбняка, ботулизма и др.

Заражение человека может наступить при обработке почвы уборке урожая, строительных работах и т. д. К числу более опасных болезней человека и животных относится сибирская, язва (возбудитель - сибирская язвенная палочка, которая попадая в почву с мочой и испражнениями больных животных, образует вокруг себя спору и она в таком состоянии может сохраняться годами). Человек, как правило, заражается при контакте с животными. В почвах встречается также столбнячная палочка (заражение происходит через поврежденную кожу или слизистую, спороносная палочка (возбудитель ботулизма-тяжелого пищевого отравления). Кроме перечисленных в почве могут присутствовать кишечная палочка, аэробные и анаэробные бактерии, различные гельминты.

Оценку санитарного состояния почв проводят в соответствии с "оценочными показателями санитарного состояния почвы населенных мест". В качестве химического показателя берут санитарное число - частное от деления количества белкового азота на количество органического азота. При внесении в почву загрязнений содержание органического азота увеличивается.

В качестве показателя бактериального загрязнения почвы используют титр кишечной палочки и титр одного из анаэробов, т. е. определение количества изменяемого параметра на единицу объема.

Санитарно-гельминтологическим показателем состояния почвы является число яиц гельминтов в 1 кг почвы, а санитарно-энтомологическим наличие личинок и куколок мух в 0,25 м ее поверхности.

Значение почв для жизни на Земле и развития человеческого общества невозможно переоценить. Земля сегодня может прокормить 15 млрд чел. Следует учитывать, что оставшиеся нераспаханными пахотопригодные. земли все низкого качества. Лучшие земли уже распаханы. Кроме того, освоение новых земель потребует вовлечения новых ресурсов пресной воды, а свободных запасов пресной воды в мире уже нет.

Говоря о земельных ресурсах мира, необходимо иметь в виду и их соотношение с прогрессивным ростом населения планеты, что объективно ведет к прогрессивному уменьшению пахотопригодной земли на душу населения. В целом мировая норма фонда пахотопригодных земель на души населения снизилась с 1,5 га 1900 г. до 0,55 га 1990 г.

Техногенная интенсификация производства способствовала загрязнению и дегумификации, уплотнению, нарушению, вторичному засолению, эрозии почв и другим негативным последствиям.

Загрязнение почв - это привнесение в почву новых (не характерных для нее) физических, химических или биологических агентов или превышение их концентраций естественного средне-многолетнего уровня в рассматриваемый период времени. В связи с тем, что почва - это основа биологического круговорота, она становится источником миграции загрязняющих веществ в смежные сферы: атмосферу, литосферу, и гидросферу, а также в продукты питания (через растения).

Применительнок уровню региона, области, города, района и иных типологических географических единиц, где имеется антропогенное воздействие на ОПС состояние может быть охарактеризовано через характеристики ландшафта. В настоящее время более половины территории суши всей планеты представлены антропогенными ландшафтами. Если в естественных ландшафтах природные процессы саморегулируются, то в антропогенных они контролируются человеком, во многом определяя в целом состояние ОПС. Поэтому целесообразно рассмотреть, каким образом населенные пункты влияют на ландшафты и отходами жизнедеятельности.

Рассматривая населенный пункт как термодинамически открытую экосистему, отходы его следует понимать как отвод необратимого рассеивания энергии, как энтропию городской среды, обуславливающие устойчивость, при допустимых их количествах, и саморегуляцию ОПС.

Похожие статьи




Экология водоотведения - Городское строительство и хозяйство

Предыдущая | Следующая