Экология и окружающая природная среда

Объект, вносящий в поверхностные  или подземные воды различные  вредные вещества, микроорганизмы или  тепло, называется источником загрязнения. Источниками загрязнения также признаются объекты, с которых осуществляется сброс или иное поступление в водные объекты вредных веществ, ухудшающих качество поверхностных вод, ограничивающих их использование, а также негативно влияющих на состояние дна и береговых водных объектов. Подавляющее большинство источников загрязнения гидросферы - техногенного происхождения. Среди них доминируют сбросы в водоемы сточных вод субъектами природопользования (предприятиями промышленности, коммунальными и сельскохозяйственными).

Сбросами называют сточные  воды, содержащие в своем составе  растворенные и взвешенные вещества, отводимые в гидросферу или литосферу. Сбросы подразделяются на организованные (отводятся через специальные сооружения водовыпуски) и неорганизованные (стекают в водные объекты непосредственно с территории предприятий, необорудованных ливневыми канализациями или другими устройствами).

Сточные воды – воды, используемые на бытовые, производственные или другие нужды и загрязненные различными примесями, которые изменили их первоначальный состав, физические и биологические свойства, а также  воды, стекающие с территории населенных пунктов и промышленных предприятий в результате выпадения атмосферных осадков или полива территории. В состав сточных вод входят минеральные вещества (глина, песок, хлориды, сульфаты и соли тяжелых металлов), органические вещества (белок, жиры, нефтепродукты, СМС и ПАВ) и биогенные элементы (соединения азота и фосфора). Все вышеперечисленные вещества могут находиться в грубодисперсном, коллоидном и растворенном состояниях. В грубодисперсном состоянии находятся от 15-20 % загрязнителей, в коллоидном – от 50 до 60%, все остальные – в растворенном виде. Все сточные воды по источнику образования могут быть разделены на производственные, бытовые и атмосферные:

1.К производственным  относят сточные воды технологических  процессов изготовления и перемещения материальных благ. Промышленные сточные воды представляют собой жидкие отходы, которые возникают при добыче и переработке органического и неорганического сырья. В технологических процессах источниками сточных вод являются:

а) воды, образующиеся при протекании химических реакций (они загрязнены исходными веществами и продуктами реакций);

б) воды, находящиеся в  виде свободной и связанной влаги  в сырье и исходных продуктах, выделяющиеся в процессах переработки;

в) промывные воды после промывки сырья, продуктов и оборудования;

г) водные экстракты и абсорбенты;

е) воды охлаждения;

ж) воды с вакуум-насосов, конденсаторов смешения, систем гидрозолоудаления, после мытья тары, и помещений.

2.В бытовые входят  стоки от санитарных узлов, душевых и им подобных установок технологических производств, все стоки предприятий сферы услуг, коммунального хозяйства и жилищного фонда. Они содержат примеси, из которых примерно 58% органических и 42% минеральных веществ.

3.Атмосферные стоки  представлены потоками дождя и тающего снега. Они загрязняются органическими и минеральными веществами.

В зависимости от происхождения  и степени загрязнения сточные  воды, сбрасываемые в водоем, делят  на незагрязненные (условно чистые), нормативно очищенные и без очистки (загрязненные):

1.К условно чистым  относят такие стоки, которые  не приводят к изменениям физико-химического  состава водоема в месте сброса (образуются после вентиляционных  установок и охлаждения оборудования). Они не требуют предварительной  очистки (от 6 до 18%).

2.Нормативно очищенными  называют прошедшие очистку стоки,  сброс которых не приводит  к изменению качества воды  в водоеме. Содержание загрязняющих  веществ в них соответствует  предельно допустимым концентрациям  (7-9%).

3.К загрязненным относят  стоки, сброшенные без очистки или недостаточно очищенные, содержащие загрязняющие вещества выше предельно допустимых норм (смесь отработанных жидкостей после технологического процесса, а также после мытья оборудования – от 70 до 80%).

По генезису примесей стоки классифицируют на загрязненные преимущественно неорганическими (металлургические и цементные заводы, предприятия химической промышленности), органическими (нефтехимия, органический синтез), смешанными, т.е. органическими и неорганическими (нефте- и газодобыча) примесями, а также микроорганизмами (бактериями, вирусами), наиболее характерными для биохимических и биологических процессов.

По концентрации загрязняющих веществ производственные сточные  воды подразделяют на четыре группы: I — 500, II — 501-5000, III - 5001-30000, IV - более 30 тыс. мг/л.

По степени агрессивности  различают неагрессивные (рН=6,5-8,0), слабоагрессивные (рН=6,0-6,5 и 8-9) и сильноагрессивные (рН менее 6 и более 9) стоки. Это деление  совпадает с представлениями  соответственно о нейтральных, слабокислых и слабощелочных, сильнокислых и сильнощелочных средах.

Источники загрязнения  природных вод подразделяются на:

1.Сточные воды промышленных  предприятий объёмом несколько  тыс.км³ в год. При разработке пластовых месторождений в нашей стране каждый год образуется около 2,5 тыс.км³ дренажных шахтных и шламовых вод, которые загрязнены хлористыми и сульфатными соединениями, соединениями железа и меди, не годятся даже в качестве технической воды и перед сбросом должны быть очищены.

2.Городские сточные воды, содержащие растворимые органические вещества, микроорганизмы, взвешенные частицы. Всего в стране за год образуется около 100 км³ таких вод.

3.Канализационные воды  животноводческих хозяйств.

4.Дождевые и талые  воды с растворёнными химическими  веществами, образующиеся в городах и на полях.

5.Водный транспорт.

6.Естественные осадки  из атмосферы.

7.Газодымовые выбросы.

8.Утечки нефти и  нефтепродукты.

Под загрязняющим агентом  водного бассейна понимают материальные субстанции (химические соединения, микроорганизмы, тепло), нарушающие нормы качества воды.

В зависимости от влияния  на водную среду выделяют следующие  группы загрязняющих веществ:

-загрязняющие вещества, способные самоочищаться или  включаться в природные циклы,  т.е., вещества, поддающиеся биохимическому разложению (органические вещества);

-загрязняющие вещества, накапливающиеся в живых организмах  и поддающиеся медленному биохимическому  окислению или разложению (фенолы, цианиды, ПАВ);

-загрязняющие вещества, имеющие ярко выраженную токсичность, способные накапливаться в живых организмах и переходить от одного трофического уровня к другому (тяжелые металлы, пестициды, органические растворители);

-патогенные организмы,  вирусы, микробы и т.д.

2. Нормирование загрязнений гидросферы.

Особенности нормирования химических веществ в водной среде обусловлены несколькими факторами.

1.С гигиенических позиций  оценивается уровень загрязнения  воды, предназначенной для хозяйственно-питьевого  и культурно-бытового назначения (спорт, купание, отдых).

2.Гигиенические нормативы качества воды распространяются не на весь водный объект, а только на пункты водопользования.

3.Вода используется  населением не только для питья,  приготовления пищи, личной гигиены,  но и для хозяйственно-бытовых  целей. В связи с этим при  нормировании учитывается как непосредственное влияние химических загрязнителей на организм, так и их влияние на органолептические свойства и процессы самоочищения воды водоёмов.

4.Для всех водных  объектов, используемых населением, устанавливаются единые гигиенические нормативы (ПДК, ОДУ).

В отличие от атмосферы, которая может рассматриваться  как единое целое, водные бассейны более  изолированы. В связи с этим по характеру использования водоемы  подразделяют на две категории:

—питьевого и культурно-бытового назначения;

—рыбохозяйственного назначения.

Основным нормирующим  показателем, характеризующим качество воды, как и атмосферы, является ПДК.

Предельно допустимая концентрация вредного вещества в воде водоема (ПДКв, мг/л) — это такая его концентрация, которая не оказывает негативного влияния на организм человека при различных видах употребления воды.

Нормами установлены  ПДК более 2000 вредных веществ  в водоемах питьевого и культурно-бытового назначения и более 1130 веществ в  водоемах рыбохозяйственного назначения. Это две самостоятельные, биологически несходные системы нормативов, так как человек слишком удален на биологической лестнице от форм водной биоты.

Кроме этого, при выделении  зон ЧЭС и экологического бедствия предложено использовать суммарный  показатель химического загрязнения (ПХЗ). Его расчет ведут по десяти соединениям с максимальным превышением ПДК.

Концентрация вредных  веществ в водоемах, как и в  атмосфере, зависит от их количества, выбрасываемого всеми источниками  загрязнения. Чтобы эти концентрации не превышали ПДК, для каждого источника загрязнения устанавливают величину ПДС — массы вещества, максимально возможной к отведению в единицу времени в данном пункте объекта при условии сохранения качества воды в контрольном пункте (г/м³).

Санитарные нормы и правила охраны поверхностных вод от загрязнения запрещают сбрасывать сточные воды в водоемы, если они:

-могут быть устранены  путем усовершенствования технологии, максимального использования в  системах оборотного водоснабжения  или устройства бессточных производств;

-включают ценные отходы, которые можно утилизировать;

-содержат исходное  сырье, реагенты, полу- и конечные  продукты в количествах сверх  установленных нормами технологических  потерь;

-могут быть использованы  для орошения при соблюдении  санитарных требований.

Имеется несколько путей  уменьшения количества загрязненных сточных  вод, среди них следующие:

1) разработка и внедрение  безводных технологических процессов; 

2) усовершенствование  существующих процессов; 

3) разработка и внедрение  совершенного оборудования;

4) внедрение аппаратов  воздушного охлаждения;

5) повторное использование  очищенных сточных вод в оборотных  и замкнутых системах.

3. Методы очистки воды.

Методы очистки сточных  вод обычно классифицируют по характеру  основных процессов, на которых они основаны. По этому признаку их подразделяют на механические, химические, физико-химические и биологические или биохимические.

1.Использование физических методов приводит лишь к изменению формы, размеров, агрегатного состояния и других физических свойств. При этом в последних не исчезают прежние и не возникают какие-либо новые вещества. Физические методы обеспечивают выделение из сточных вод до 95-99% взвешенных веществ и снижают органические загрязнения на 20-25%. Их разделяют на методы процеживания, отстаивания, центрифугирования и фильтрации. В качестве основного оборудования в них применяют различные модификации решеток, сит, отстойников, центрифуг, гидроциклонов и фильтров.

2.Химические методы применяют для удаления из сточных вод растворимых загрязнителей, используя различные реагенты. При взаимодействии с примесями последние образуют безвредные соединения или малорастворимые осадки, в состав которых переходят элементы вредных веществ. Таким образом, изменяются не только физические, но и химические свойства подвергаемых очистке систем. Основными методами химической очистки являются нейтрализация, окисление и восстановление.

Ι.Нейтрализация.

Сточные воды, содержащие минеральные кислоты или щелочи, перед сбросом их в водоемы  или перед использованием в технологических процессах нейтрализуют. Практически нейтральными считаются воды, имеющие рН=6,5-8,5. Нейтрализацию можно проводить различным путем: смешением кислых и щелочных сточных вод, добавлением реагентов, фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы и абсорбцией кислых газов щелочными водами. Выбор метода нейтрализации зависит от объема и концентрации сточных вод, наличия и стоимости реагентов.

1.Нейтрализация смешением. Этот метод применяют, если на предприятии имеются кислые и щелочные воды, не загрязненные другими компонентами. Кислые и щелочные воды смешивают в специальной емкости с мешалкой и без неё. В последнем случае перемешивание ведут воздухом.

2.Нейтрализация путем добавления реагентов. Для нейтрализации кислых вод могут быть использованы: NaOH, КОН, Na₂CO₃, СаСО₃, цемент и гидроксид кальция (известковое молоко) с содержанием активной извести Са(ОН)₂ 5—10%. Реагенты выбирают в зависимости от состава и концентрации кислой сточной воды. При этом учитывают, будет ли в процессе образовываться осадок или нет.