3. Пути сокращения сбросов загрязняющих веществ в водные объекты

Хозяйственная деятельность человека в значительной мере связана с добычей и переработкой полезных ископаемых, химическим синтезом и использованием для этих целей, как и для удовлетворения бытовых нужд и транспортного обслуживания промышленности и сельского хозяйства, все возрастающего количества энергии. В промышленных процессах в огромных количествах используется вода, причем в большинстве случаев вода, выходящая из производственного цикла, несет большое количество примесей. Большая часть этих примесей, попадая в природные водоемы, способна сделать воду совершенно непригодной для жизни.

Антропогенные загрязнения вод различны по объемам степени вредности для человека и экосистем. Значительную часть их составляют стоки промышленных предприятий. В них содержатся минеральные частицы, и растворимые неорганические соединения, и органические вещества. Многие из них, синтезируемые в химических производствах, никогда не встречались в природе и не входят в циклы естественного обмена элементов.

Еще одна категория весьма опасных загрязнителей почв и вод - тяжелые металлы. Фоновое содержание их в природной среде настолько мало, что большинство таких элементов, как ртуть, свинец, кадмий, хром и многие другие обнаруживаются лишь в следовых количествах или вообще не обнаруживаются самыми чувствительными современными методами. Антропогенные источники опасного повышения содержания тяжелых металлов в почвах и природных водах весьма разнообразны. Это, прежде всего - промышленное производство, в стоках которого часто содержаться соли тяжелых металлов в недопустимо высоких концентрациях. К источникам загрязнения вод тяжелыми металлами можно отнести также транспорт и сельское хозяйство.

Многие тяжелые металлы легко образуют комплексные соединения и связываются с органическими кислотами. В такой слабосвязанной форме они могут накапливаться в почве, слабо вымываясь грунтовыми водами, но оставаясь доступными для корней растений. В водоемах тяжелые металлы накапливаются в донных отложениях также в слабосвязанной форме и при изменениях кислотности и температуры воды вновь переходят в растворимое состояние и мигрируют с током воды иногда на огромные расстояния.

Загрязненные промышленными или бытовыми сбросами воды рано или поздно попадают в почву или в природные водоемы. Природные системы самоочистки не способны уже перерабатывать загрязнения в таких объемах и в таком составе, которые характерны для современных промышленных, сельскохозяйственных и других стоков. В результате во многих случаях, когда не было принято своевременных мер по очистке стоков, многие природные водоемы превратились в своеобразные сточные канавы или отстойники - накопители вредных веществ. Водные экосистемы отравленные избыточными сбросами, лишались растений и животных, способных очищать воду, и необходимы были значительные затраты, чтобы попытаться их восстановить.

Очистка сточных вод от крупных твердых веществ производится на сетках и решетках, от мелких частиц - в гидроциклонах.

Для очистки тонких твердых веществ сточные воды пропускают через фильтры.

Для очистки от мелких частиц нефтепродуктов применяют коагулянты, образующие хлопья, к которым прилипают эти частицы (сорбция). Затем хлопья удаляют в отстойниках или флотаторах с помощью воздушных пузырьков, подхватывающих эти хлопья и выносящих их на поверхность. В качестве коагулянтов используют сульфаты алюминия и железа.

Пароциркулярный метод применяется для очистки загрязненных фенолами сточных вод, которые превращаются в пар, проходящий через раствор щелочи. Выходными веществами являются чистый пар и нелетучий фенолят в растворе , удаляемый углекислотой.

Абсорбционный метод заключается в поглощении загрязненных веществ в небольших количествах - до 0,2 % активированным углем с последующим удалением отгонкой паром.

Биологический метод состоит в очистке от органических веществ в бассейнах, продуваемых воздухом, и образовании массы микроорганизмов, обращающих загрязнения в активный ил (об этом методе подробнее будет рассказано ниже).

Физико-химические методы очистки сточных вод заключаются в экстрагировании органических веществ с применением органических растворителей. Бутилацетат и диизопропиловый эфир в десятки раз лучше растворяют фенол.

Каждое предприятие или цех имеет, как правило, сравнительно небольшой набор вредных веществ, сбрасываемых со сточными водами.

В процессе очистки предусматривают обработку осадка и обеззараживание сточных вод перед сбросом в водоем.

При механической очистке из производственных сточных вод путем процеживания, отстаивания и фильтрования удаляются до 90% нерастворимых механических примесей различной степени дисперсности - песок, глинистые частицы, окалина, мелкая металлическая стружка и т. д.

Химические и физико-химические методы очистки наиболее эффективны для очистки производственных сточных вод. К основным химическим способам относят нейтрализацию и окисление.

В первом случае для нейтрализации кислот и щелочей в сточные воды вводят специальные реагенты - известь, кальцинированную соду, аммиак, во втором - различные окислители. С их помощью сточные воды освобождаются от токсичных и других компонентов. При физико-химической очистке используются:

- коагуляция - введение в сточные воды коагулянтов для образования хлопьевидных осадков, которые затем легко удаляются;

- сорбция- способность некоторых веществ - бентонитовых глин, активированного угля, цеолитов, силикагеля, торфа и других -- поглощать загрязнения.

Для очистки промышленных стоков целлюлозно-бумажных, нефтеперерабатывающих, пищевых предприятий широко используют биологический метод, который основан на способности искусственно вселяемых микроорганизмов использовать для своего развития органические и некоторые неорганические соединения, содержащиеся в сточных водах, применяют сероводород, нитриты, сульфиды и т. д.

Способы очистки промышленных выбросов от токсичных газо- и парообразных примесей - NO, NO2, SO2 и других - подразделяют на три основные группы:

1) поглощение примесей путем применения каталитического превращения с помощью палладийсодержащих и ванадиевых катализаторов;

2) промывка выбросов растворителями примесей;

3) поглощение твердыми телами газообразных примесей.

Наиболее эффективна очистка стоков от примесей в специализированных очистных сооружениях того же цеха. Например, в стоках гальванических цехов обычно содержится много хрома, никеля, кислот. Нейтрализовать эти растворы, осадить хром и никель проще и дешевле тут же, в специализированном очистном сооружении. Только глубоко очищенные сточные воды можно сбрасывать в городскую канализацию, которая собирает все стоки на городские очистные сооружения.

В большинстве городов такие очистные сооружения - это целые комбинаты по очистке воды. На них проводится не только механическая и химическая, но и наиболее ценная - биологическая очистка воды. В конечном счете эффективность таких очистных сооружений зависит работоспособности сложного комплекса микроорганизмов, так называемого активного ила. Он успешно разлагает и связывает большинство естественных органических веществ, содержащихся в бытовых канализационных стоках, но многие химические соединения, если они не удалены предварительно на заводских очистных сооружениях, ухудшают работу активного ила или даже губят его. Кроме того, накапливаясь в отработанном иле, многие из них, в частности тяжелые металлы, делают его непригодным для использования в качестве удобрений.

Эффективный комплекс очистных сооружений каждого города, каждого промышленного центра - необходимое условие сохранения чистоты природных вод. Нарушение в согласованном планировании и эксплуатации центральных и локальных очистных сооружений могут со временем свести на нет эффективность и тех и других.

Особая ситуация создается вредными стоками сельскохозяйственных комплексов. Стоки от животноводческих ферм в основном представляют собой органические вещества естественного происхождения. Их состав не препятствует тому, чтобы естественные механизмы самоочистки водоемов могли их нейтрализовать и утилизировать. При содержании животных в небольших хозяйствах, распределенных по большой территории, так и происходит. Иное дело - крупные животноводческие комплексы, где на ограниченной территории содержатся сотни, а то и тысячи голов скота, а удаление навоза и мочи животных производится методом смывания водой. Стоки таких комплексов имеют не только большие объемы, но и содержат органические вещества в очень высоких концентрациях. Отсутствие или недостаточная эффективность очистных сооружений приводит тогда к сильному заражению ручьев и рек, куда попадают эти сточные воды. Часто они проникают и в подземные водоносные горизонты, делая непригодной для питья воду колодцев и даже артезианских скважин. Это - одна из тяжелейших проблем, связанных с промышленным животноводством. А надежные очистные сооружения при таких комплексах не только способны защищать водоемы от загрязнения, но не могут давать большое количество ценнейших органических удобрений.

Опытом многих стран доказана экономическая и «экологическая» выгодность сравнительно недорогих комплексов для переработки отходов животноводческих хозяйств с использованием бактерий метанового брожения. При этом получается метан, используемый как топливо, и высококачественные органические удобрения, не потерявшие при сбраживании ничего из ценных биологических элементов - азота, фосфора, калия, микроэлементов.

Особую опасность для чистоты природных вод и состояния экосистем представляет применение на полях различных ядохимикатов и избыточных доз минеральных удобрений. Каждый год на миллион гектаров распыляются инсектициды, фунгициды, гербициды - яды, применяемые для подавления насекомых, грибковых заболеваний, растений, сорняков. Они очень токсичны. Многие из них химически очень устойчивы, а некоторые, попадая в почву и проходя там ряд химических превращений, становятся еще более ядовитыми. Мотивируя вместе с грунтовыми водами, эти вещества рано или поздно попадает в реки и озера, проникают в подземные воды.

В ряде районов мира занятие сельским хозяйством стало одним из видов деятельности, наиболее опасных для здоровья людей именно из-за насыщенности ядохимикатами природной среды обитания сельских жителей. Невозможно изобрести такие очистные сооружения, которые могли бы предотвратить попадание в водоемы ядохимикатов, рассеянных по огромным территориям сельскохозяйственных угодий. Поэтому дальнейшее совершенствование системы защиты растений должно быть ориентировано не на все большее усиление химической защиты, а на переход к защите биологической.

оболочка литосфера обитание организм загрязнение