Источники загрязнения водоемов

Объем загрязненных сточных вод, сбрасываемых в бассейн Волги, составляет 37% общего объема образующихся на территории России. В районе крупных городов и промышленных предприятий верхней Волги высока загрязненность воды нефтепродуктами, особенно в акватории Рыбинска и Ярославля. В 1,3 раза превышен норматив биохимической потребности кислорода для рыбохозяйственных водоемов. Вода проявляет мутагенную активность, что подтвердили три разных биотеста.

Основными причинами сложившейся ситуации являются систематические нарушения экологических и гигиенических нормативов, неучет реальной экологической нагрузки при размещении предприятий, использовании устаревших производственных технологий, строительство жилья и объектов соцкультбыта в санитарно-защитных зонах промышленных предприятий, низкий уровень производственной культуры и экологического образования населения.

Радиоактивное загрязнение морей и океанов.

Основными источниками радиоактивного загрязнения Мирового океана являются:

• испытания ядерного оружия (атмосферные испытания проводились до 1963 г.);

• сброс радиоактивных отходов непосредственно в море;

•  крупномасштабные аварии (ЧАЭС, аварии надводных судов и подводных лодок с атомными двигателями-реакторами);

• захоронение радиоактивных отходов на дне.

Во время испытания ядерного оружия, особенно до 1963 г., в атмосферу было выброшено огромное количество радионуклидов. Так, только на арктическом архипелаге Новая Земля было проведено более 130 ядерных взрывов (только в 1958 г. — 46 взрывов), из них 87 — в атмосфере.

Отходы английских, французских, американских, российских заводов, производящих ядерное топливо и другие радиоактивные материалы, осуществили значительное радионуклидное загрязнение северных морей.

Воды Мирового океана загрязнены наиболее опасными радионуклидами цезия-157, стронция-90, церия-144, иттрия-91, нио-бия-95, которые, обладая высокой биоаккумулирующей способностью, передвигаются по трофическим цепям, создавая таким образом существенную опасность для гидробионтов, наземных живых организмов и человека.

Воздействия на морские побережья. Важным аспектом рассмотрения антропогенных воздействий на гидросферу является их оценка относительно морских побережий. Морские побережья представляют собой сложноорганизованные системы, где активно взаимодействуют абиотические факторы геосфер и биоты. С географической точки зрения, морское побережье — это пограничная полоса (типичный экотоп) между сушей и морем, характеризующаяся современными и древними береговыми формами рельефа и своеобразными сообществами организмов. Состоит из приморья, береговой зоны и прибрежья (пляжа). Общая протяженность береговой линии Мирового океана достигает 777 тыс. км, причем распространенными являются аккумулятивные берега (28,4 % от их общей длины), а также неизмененные или слабо измененные — 24 %. Кроме того, на земном шаре преобладают берега относительно погружающиеся (со скоростью 1—5 мм/год) и стабильные, что важно при рассмотрении экологических последствий парникового эффекта.

С побережьями океана связана разнообразная и экономически важная хозяйственная деятельность человека, которая с каждым годом увеличивает антропогенные нагрузки на береговую зону практически во всех районах земного шара. Согласно данным ООН, в настоящее время почти 70 % жителей мира проживают в районе побережий океана (до 100 км шириной). В настоящее время в этой зоне только портов (с грузооборотом более 10 млн. т каждый) имеется более сотни, среди которых такие гиганты, как Роттердам, Иокогама (грузооборот более 150 млн. т), Лондон, Марсель, Антверпен (50—100 млн. т) и др. Для строительства портов у моря отвоевываются акватории (Нидерланды, Япония). Строительство в этих береговых зонах значительно нарушает природные процессы, что практически всегда имеет негативные последствия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Методы очистки воды.

 

 Чистые сточные воды — это воды, которые в процессе участия в технологии производства практически не загрязняются и сброс которых без очистки не вызывает нарушений нормативов качества воды водного объекта. Загрязненные сточные воды — это воды, которые в процессе использования загрязняются различными компонентами и сбрасываются без очистки, а также сточные воды, проходящие очистку, степень которой ниже норм, установленных местными  органами Государственного комитета РФ по охране окружающей  среды. Сброс этих вод вызывает нарушение нормативов качества воды в водном объекте.

Практически всегда очистка промышленных стоков — это комплекс методов. Наиболее широко используется комбинация механической очистки, нейтрализации промышленных стоков или реагентной очистки, и биохимической очистки. Эти операции осуществляются практически во всех комплексах очистных сооружений, в том числе и на станциях аэрации при очистке бытовых (канализационных) стоков. Рассмотрим их подробнее.

Механическая очистка стоков.

Сюда относятся отстой сточных вод в специальных отстойниках, в которых происходит оседание взвешенные частиц на дно отстойников; сбор нефтепродуктов и других нерастворимых в воде жидкостей с поверхности стоков устройствами типа механических рук и, наконец,  фильтрация  вод через слой песка примерно 1,5-метровой толщины.

Химическая, или реагентная очистка

а) Один из видов обработки сточных вод — реакции нейтрализации. Нейтрализация — химическая реакция, ведущая к уничтожению кислотных свойств раствора с помощью щелочей, а щелочных свойств раствора — с помощью кислот. Поскольку химическая природа отходов может быть различной, то для нейтрализации одного вида отходов необходимо уменьшить кислотные свойства, а для другого вида отходов — щелочные свойства. О степени кислотности или щелочности раствора судят по величине водородного показателя рН. Значение величины рН растворов различных веществ колеблется от 0 до 14. Небольшие значения рН свидетельствуют о наличии кислотной среды.

Чтобы контролировать реакцию нейтрализации, надо знать, какое количество кислоты или щелочи надо добавить в раствор для получения необходимого значения рН. Для этого используют метод титрования, по объему израсходованного титранта вычисляя количество определяемого вещества.

Самую простую систему очистки на основе реакции нейтрализации можно представить в виде измельченного известняка, на который вылили раствор кислоты, а осадок собрали в отстойник.

б) Реакции окисления-восстановления. Любая реакция окисления-восстановления есть одновременное окисление одних компонентов и восстановление других. Наиболее распространенные окислители и восстановители:

Окислители             Восстановители

Кислород или воздух           Хлорит

Озон                                  Сульфат Fe2+

Хлор, гипохлорит                Гидросульфит

Перекись водорода              Диоксид серы

Перманганат калия              Сероводород

Одним из важнейших окисляющих агентов является хлор, поэтому большинство химических операций со сточными водами начинается с хлорирования, чтобы высокотоксичный хлор к концу реагентной обработки полностью удалялся из воды. Окислительно-восстановительные реакции используются для превращения токсичных веществ в безвредные.

Биохимическая очистка

а) Аэробная биохимическая очистка — минерализация органического вещества промышленных или бытовых стоков, происходящая в результате его окисления при содействии аэробных микроорганизмов (минерали-заторов) в процессе использования ими этого вещества в качестве источника питания в условиях интенсивного потребления микроорганизмами растворенного в воде кислорода:

С6Н12О6 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О.

Было установлено, что органические вещества омертвевших  организмов разрушаются под действием бактерий, если для последних созданы соответствующие условия, т. е. своевременно подается кислород и среда-носитель оказывается благоприятной для развития микроорганизмов. В качестве среды-носителя был выбран песчаный слой толщиной 1,5 м. Доступ кислорода обеспечивается с помощью вентиляции или путем естественной тяги. Сточные воды сливаются на грунт только в течение 6 часов, а остальные  18 часов отводятся  на биохимические  процессы. Культура микробов развивается в верхних слоях песка.

Этот метод очистки,  названный методом   капельной  фильтрации, впервые использован в прошлом веке (1866 г.)| в Лондоне. Метод позволяет при использовании 1 га песчаной почвы очистить 1,038 * 106л/с. сточных вод, следовательно, Лондону в 1866 г. для очистки  1,57'109 л/с. сточных вод необходимо было иметь 810 га подходящих земель. Это слишком большая площадь.

Усовершенствование метода капельного фильтра — перполяционный фильтр — разбрызгивание сточных вод на пласт щебня.  Наиболее широко система с перполяционным фильтром стала применяться, когда были достигнуты успехи в области получения пластмасс с заданными свойствами. В современных системах очистки накопление бактериального материала осуществляется на пластмассовых дисках, смонтированных на вращающейся оси. Диски наполовину погружены в сточные воды, по мере их вращения бактерии периодически снабжаются питательной средой и кислородом. Сейчас метод капельного фильтра используют только при условии дешевой земли и мягкого климата.

Наиболее универсальным способом обработки сточных вод является обработка активным илом. Сточные воды смешивают с илом, образовавшимся в результате предварительного окисления вод, поэтому способ и получил такое название.

Как известно, ил представляет собой огромную популяцию различных бактерий, грибков и другой флоры, добавление которой к сточным водам приводит к быстрому установлению равновесия, способствующего разложению органических веществ, в результате которого образуются СО2 и Н2О. По существу авторы нового способа обработки изменили естественный биологический цикл таким образом, что скорость потребления питательного вещества (т. е. скорость разложения органического вещества) увеличилась на несколько порядков. Дальнейшее усовершенствование этого способа связано с разработкой методов надлежащего ухода и питания используемой популяции микроорганизмов.

Активный ил представляет собой аморфный коллоид с поверхностью 100 м2/г сухого вещества, имеет вид буро-желтых мелких хлопьев размером 3—150 мкм, взвешенных в воде. В 1 г сухого ила содержится от 108 до 1012 штук бактерий. При этом определенный вид бактерий способен окислять определенные вещества.

Бактерии, входящие в состав активного ила, способны перерабатывать только те сточные воды, из которых сформировался этот активный ил. Поэтому, если в состав очищаемых промышленных стоков будут введены новые вещества, например при изменении технологии производства, то потребуется время, чтобы бактерии, способные окислить именно эти вещества, размножились в достаточном количестве и смогли обеспечить наилучшую очистку.

Иногда даже приходится завозить на вновь создаваемое предприятие активный ил с другого предприятия, где очищаются аналогичные по составу воды и где в активном иле распространены нужные виды бактерий.

Обычно концентрацию активного ила поддерживают равной 2—4 г/л. В ходе очистки активный ил время от времени выводят из очистных сооружений, так как его количество растет. Часть его при этом используется в качестве ценного удобрения, если нет тяжелых металлов, часть стабилизируют, т. е. обрабатывают избытком кислорода для удаления всевозможной органики, предотвращая таким образом гниение. Часть поступает на анаэробное разложение. Аппаратура для аэробной биохимической очистки представляет собой так называемый аэротенк, или окситенк.

б) Анаэробная биохимическая очистка. В случае если БПК намного выше нормы, а также для удаления избытка активного ила и отходов сельскохозяйственных продуктов применяют анаэробную биохимическую очистку в метантенках (реактор с мешалкой и теплообменником). При этом источником кислорода в воде служат группы кислородосодержащих анионов.

В основе метанового брожения лежит способность сообществ определенных микроорганизмов в ходе жизнедеятельности сначала в фазе кислого водородного брожения с помощью бактерий гидролизовать сложные органические соединения до более простых, а затем с помощью метанообразующих бактерий превращать их в метан и в угольную кислоту.

Процесс окисления — восстановления — это переход электронов от субстрата-донора к конечному акцептору. Для аэробной реакции конечным акцептором является кислород, а при ферментации (анаэробной очистке) — органическое соединение, образующееся в результате «простого перемещения» водорода из одной органической молекулы в другую:

С6Н12О6 = ЗСН3СООН + 15 ккал;

2СН3СООН = 2СН4 + 2СО2.

Образующийся газ состоит из метана (65%) и СО2 (33%) и может быть использован для нагрева до 45—55°С в самом метантенке, где происходит анаэробное брожение. Сброженный осадок имеет высокую влажность (95—98%), его уплотняют, сушат, затем используют в качестве удобрения или, если есть токсичные примеси, сжигают:

Однако не всякие сточные и природные воды могут быть очищены биохимическими методами. Нормы на содержание вредных веществ в сточных и природных водах, поступающих на биологические очистные сооружения, по некоторым металлам следующие:

А13+ — 5 мг/л; Fe3+ — 5 мг/л; Сг6"1" — 0,1 мг/л; Mg2+ — 1000 мг/л.

Не все органические вещества разлагаются на станциях биохимической очистки. Так, практически не разрушается бензин, красители, мазут и др. Эффективность биохимической очистки на самых современных установках составляет 90% по органическим веществам и лишь 20—40% — по неорганическим, т. е. практически не снижается солесодержание. Не могут быть очищены воды, содержащие более 1000 мг/л фенолов, 300—500 мг/л спиртов, 25 мг/л нефтепродуктов, т. е. для многих случаев эти методы не эффективны. В среднем эффективность анаэробного метода составляет около 40%. Процессы анаэробной очистки проводят в специальных ме-тантенках при температуре 30—55° С, выделяющийся метан СН4 Может быть использован для нагрева метантенка.

Необходимо искать такие способы ликвидации отходов, которые дают возможность получать полезные продукты, например, дрожжи для выпечки хлебобулочных изделий и для производства этилового спирта или для превращения отходов, образующихся при переработке древесной пульпы, в полезный продукт.