Исторически сложившееся размещение производственных комплексов в районах жилой застройки населенных мест не оптимально. Системы водоснабжения и водоотведения в таких агломерациях также являются совместными для жилой и промышленной зоны. На крупных предприятиях, как правило, имеется собственная система водного хозяйства с полным технологическим циклом от забора воды до ее очистки, обезвреживания и утилизации твердой фазы.
Основные элементы системы водного хозяйства населенного пункта и ее взаимодействие с окружающей природной средой представлены на рис. 4.15.
Водозаборные сооружения забирают природную воду из поверхностного водоисточника. Насосная станция первого подъема по напорным трубопроводам подает ее на очистные сооружения. Здесь вода очищается до питьевого качества и из резервуаров насосной станцией второго подъема подается в населенный пункт, как правило, имеющий кольцевую водопроводную сеть. Вода используется на питьевые, хозяйственные нужды, полив улиц и насаждений, на предприятиях местной промышленности.
Рис. 4.15. Основные элементы водного хозяйства населенного пункта и их взаимосвязь с окружающей природной средой:
1 - водозаборные сооружения; 2 - насосная станция первого подъема; 3 - очистные сооружения; 4 - резервуары; 5 - насосная станция второго подъема; 6 - водопроводная сеть; 7 - канализационная сеть; 8 - канализационная насосная станция; 9 - механическая очистка; 10 - биологическая очистка; 11 - дезинфицирование вод; 12 - биологические пруды; 13 - сброс очищенной воды; 14 - дождевая сеть, артезианские скважины; 15 - очистные сооружения; 16 - промышленное предприятие; 17 - водооборотные циклы; 18 - охладители
Использованную воду (сточные воды) по закрытой канализационной сети отводят за пределы города и главной канализационной насосной станцией подают на городские очистные сооружения.
Здесь сточные воды проходят механическую и биологическую очистку, дезинфицируются и подаются на биологические пруды, где очищаются в естественных условиях. После прудов вода по своим качествам незначительно отличается от воды естественного водоема и может сбрасываться в реку, озеро и т. д.
Атмосферные воды, которые отводятся дождевой сетью, проходят очистку от взвешенных веществ и нефтепродуктов на сооружениях, также сбрасываются в биологические пруды или непосредственно в приемник вод (водоем).
Город может также снабжаться питьевой водой и из подземных источников - артезианских скважин.
Промышленное предприятие потребляет питьевую и техническую воду. Техническая вода чаще всего применяется в водооборотных циклах. Для охлаждения вода используется повторно после снижения температуры в охладителях.
Сточные воды от промпредприятий, содержащие специфические загрязнения, а также дождевые и талые воды с территорий промплощадок могут сбрасываться в систему во-доотведения населенного пункта и подвергаться биологической очистке совместно с городскими сточными водами после прохождения локальных очистных сооружений.
Системы водоснабжения промышленных предприятий в зависимости от водных и технологических процессов могут быть прямоточным, повторным (последовательным) и оборотным. В зависимости от технологического назначения вода в системе оборотного водообеспечения может быть подвергнута различной обработке. В системах оборотного водоснабжения безвозвратные потери воды (производство, испарение, выветривание, разбрызгивание, шлам, продувочный расход) компенсируют дополнительным, т. е. подпиточным, количеством свежей воды из источника.
Балансовые схемы расходования воды, сырья, загрязнений служат одним из исходных материалов при составлении экологических паспортов предприятия по ГОСТ 17.0.04-90 в разделе характеристики водопотребления, водоотведения и очистки вод, а также паспорта водного хозяйства населенных пунктов.
Совместные схемы водообеспечения и водоотведения промышленных предприятий и населенных мест разрабатываются при проектировании на основе технико-экономического сравнения вариантов с целью комплексного решения водохозяйственных проблем района, города или региона.
Очистка сточных вод обеспечивается путем внедрения следующих технических решений и мероприятий.
Механическая очистка - совершенствование гидродинамических режимов существующих отстойных сооружений; применение вместо отстойников сетчатых установок; предварительная обработка сточных вод перед осветлением коагулянтами; расширение применения технологических процессов очистки вод, использующих центробежные силы для разделения суспензии и эмульсий, взамен гравитационных; совершенствование существующих и разработка новых фильтровальных установок.
Химическая очистка - применение более активных коагулянтов; совершенствование гидродинамических и массо-обменных характеристик, обеспечивающих полноту гидролиза, смешения, реакции; повторное использование шлаков и осадков химической очистки вод; выделение и утилизация в основном или вторичном производстве продуктов реакции; организация рациональной системы водоотведения производственных сточных вод, обеспечивающей их взаимоочистку после объединения на локальных очистных сооружениях.
Физико-химическая очистка - расширение и совершенствование процессов гипер-, ультрафильтрации, экстракции, адсорбции, 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 из сточных вод для вторичного использования, широкое использование жидких и твердых промышленных отходов в технологических процессах; развитие энергетически малоемких эффективных процессов, к числу которых можно отнести использование в очистке вод электроэнергии, получаемой из биолиза, а также гальванокоагуляцию; развитие передвижной сервисной сети обслуживания абонентов по регенерации сорбентов, электрохимическому выделению тяжелых металлов на катодах специальных установок, что позволит возвратить в технологию продукты, произвести с получением вторичного сырья регенерацию сорбентов и их же возвратить в цикл очистки вод; разработка методов предварительных физического и химического воздействий на очищаемые воды; физическая обработка (омагничивание, ультразвуковая, высокочастотная), приводящая к изменению физико-химических характеристик и, соответственно, к более глубокой степени выделения загрязнений из вод.
Биологическая очистка - применение метода предварительной анаэробной подготовки сточных вод; использование искусственных носителей биомассы; широкое применение биосорбционных методов; регулирование соотношения групп микроорганизмов; применение высшей водной растительности (эйхорния водная или водяной гиацинт, пистия, аир и проч.) в качестве самостоятельного фитореактора для очистки сточных вод сельскохозяйственных комплексов с получением биомассы и с использованием ее на корм скоту или в производстве биогаза; использование симбиотического альгобактериального сообщества (водоросли + бактерии) в очистке и доочистке сточных вод с искусственным освещением в темный период суток интенсивностью 120 лк/м. Продуцируемый бактериями при окислении органических веществ диоксид углерода усваивается водорослями, а выделяемый в результате фотосинтеза кислород используется микроорганизмами как акцептор электронов в метаболизме. При этом достигается глубокая очистка сточных вод и не требуется воздуходувок, компрессоров для биоокислителей.
В настоящее время наибольшую технологическую и экологическую сложность представляет не очистка сточных вод, а проблема обработки и утилизации их твердой фазы.
Количество образующейся твердой фазы на очистных сооружениях зависит от генезиса исходного состава и расхода сточных вод, метода их очистки и составляет в среднем 0,01-3% объема. Влажность твердой фазы колеблется от 85 (предприятия стройиндустрии) до 99,8% (активный ил).
Основные задачи обработки шламов и осадков сточных вод - обезвоживание, обеззараживание и утилизация.
В зависимости от зольности они могут быть трех типов:
преимущественно минеральные (зольность более 70%);
преимущественно органические (зольность менее 30%);
смешанные (зольность 30-70%).
В настоящее время имеется промышленный опыт возврата в основное производство шламов очистки сточных вод стекольных, оптико-механических, металлургических предприятий, заводов по выпуску строительных изделий, некоторых химических производств, а также в качестве добавок во вспомогательные производства - мясокомбинаты; молокозаводы (технические жиры, ланолин, жирозаменители); гидролизные заводы (белково-витаминные концентраты); цел-люлозно-картонно-бумажные комбинаты (производство дре-весно-волокнистых плит, картона, целлюлозы).
Утилизация шламов - это сложная многовариантная проблема, основным вопросом которой является предотвращение вторичного загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами. Наиболее распространенным способом утилизации шламов очистки сточных вод является складирование их на полигонах промышленных отходов (шламы обрабатывают цементом, битумом, стеклом или полимерными связующими). Имеется опыт утилизации шламов тяжелых металлов в производстве строительной керамики, кирпича, черепицы. Современные экологические подходы к формированию системы водоотведения гальванических производств учитывают цели утилизации.
При очистке сточных вод, в том числе и гальванических, надо увеличить единовременные затраты на полное разделение потоков, что в конечном итоге повысит эколо-гичность технологии. В странах с рыночной экономикой подобные подходы реализованы уже 12-15 лет назад.
Учитывая существующий опыт ряда стран, в перспективе следует ожидать появления очистных сооружений с улавливанием и обезвреживанием аэрозолей от аэрационных биоокислителей, а также размещения очистных сооружений в подземных выработках.
По материалам книги - "Безопасность жизнедеятельности" Под редакцией проф. Э. А. Арустамова.
Виды сточных вод. Сточные воды, отводимые с территории промышленных предприятий, по своему составу могут быть разделены на 3 вида:
1. производственные – использованные в технологическом процессе производства или получающиеся при добычи полезных ископаемых.
2. бытовые – от санитарных узлов производственных и не производственных корпусов и зданий, а также от душевых установок, имеющихся на территории, промышленных предприятий.
3. атмосферные – дождевые и оттаивание снега.
Производственные сточные воды делятся на 2 две основные категории:
– загрязнённые
– незагрязненные (условно чистые)
Загрязненные производственные сточные воды содержат различные примеси и подразделяются на 3 группы:
1. загрязнённые преимущественно минеральными примесями (предприятия металлургической, машиностроительной, угледобывающей промышленности)
2. загрязнённые преимущественно органическими примесями (предприятия рыбной, мясной, молочной, пищевой, целлюлозно-бумажной промышленности)
3. загрязнённые минеральными неорганическими примесями (предприятия нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, текстильной, лёгкой промышленности)
Машиностроительные заводы характеризуются наличием ряда водоёмких производственных процессов, а следовательно, и образованием значительного количества, производственных сточных вод, которые в основном загрязняются отходами травильных и гальванических цехов и нефтепродуктами.
В гальванических цехах детали из металлов и сплавов подвергаются различным видам химической или электрохимической обработки. В начале поверхность изделий подвергается предварительной обработки: обезжириванию и травлению с применением различных растворов кислот, щелочей, солей металлов. Отработанные растворы травильных ванн образуют кислые и щелочные сточные воды. В каждом травильном отделение существует 2 вида сточных вод: концентрированные и разбавленные. Разбавленные являются промывными водами.
Методы очистки сточных вод.
Механические методы применяются как первая стадия в общей схеме очистки сточных вод. Выбор механического метода очистки осуществляется с учётом размера взвешенных частиц. Механическая очистка состоит из:
1. процеживания через решётки
2. пескоулавливания
3. отстаивание
4. фильтрование
5. центрифугирование
Химические методы обработки сточных вод основаны на применение химических реакций. В результате которых загрязнения превращаются в соединения безопаснее для потребителя или легко выделяются в виде осадков. В особую группу химических методов следует выделить хлорирование и озонирование сточных вод, содержащих органические примеси, а также цианиды и другие пахнущие не органические вещества. Хлорирование и озонирование наиболее часто применяют для доочистки и обезвреживания питьевой воды на городских водопроводных станция.
1. осаждение
2. окисление-востановление
Физико-химические методы. В большинстве случаев использование физико-химических методов выделения загрязняющих веществ из сточных вод позволяет в дальнейшем рекуперацию.
1. флотация
2. коагуляция
3. ионный обмен
4. сорбция
5. электрохимические методы
6. магнитная обработка
7. экстракция
Биологическая очистка. Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов, включающим множество различных бактерий, простейших и ряд более высокоорганизованных организмов, связанных между собой единый комплекс сложными взаимоотношениями. Главенствующая роль в том сообществе принадлежит бактериям.
1. аэробный
2. анаэробный
При термической очистке сжигают жидки отходы нефтепродуктов и других горючих веществ в печах и горелках.
1. огневое концентрирование
2. огневое обезвреживание
Вода, в процессе использования ее человеком, меняет свои природные свойства и очень часто становится опасной для употребления (в санитарном отношении). Именно поэтому во все времена в поселениях людей организация отведения сточных вод имела большое значение. Эта проблема актуальна и по сей день.
Благодаря достижениям современных технологий, на данном этапе водоотведение и очистка коммунальных сточных вод организованы на достаточно высоком уровне. Современные системы очистки стоков качественно выполняют функцию по защите окружающей природы от отходов человеческой жизнедеятельности. Но, к сожалению, в некоторых небольших городах и поселках центральная система канализации отсутствует в принципе, и эта ситуация отдаленно напоминает средневековую Европу с ее ведрами помоев, выливавшимися прямо на улицы. Поэтому проблема очистки и отведения сточных вод приобретает частный характер. Установка автономных систем канализации в загородных домах сейчас является привычным делом. Причем отличие этих систем от традиционных выгребных ям в том, что они не накапливают стоки, а фильтруют и очищают их.
Видов очисток сточных вод, которые используются в автономных системах канализации, три: механическая, химическая и биологическая.
Механическая и химическая очистка сточных вод
Механический метод подразумевает очищение сточных вод от взвешенных в них нерастворенных веществ с помощью специальных устройств: песколовок, сит, решеток, отстойников. Однако эти приборы не могут очищать воду от растворенных в ней органических загрязнений. Поэтому чаще всего очистка воды механическим способом – это предварительная стадия процесса, после которой следует комплексное биологическое воздействие.
Химический метод подразумевает использование различных реагентов, которые преобразуют примеси, содержащиеся в воде, из растворенного состояния в нерастворенное. После этого вещества оседают на дно и по мере накопления удаляются. Но химические реактивы стоят дорого, кроме того важно соблюдать точные дозировки. Этот метод чаще всего используется для очистки промышленных сточных вод.
И самое важное: ни один из этих методов не решает основной вопрос – переработку отходов, содержащихся в стоках. Поэтому на данный момент самым эффективным считается биологический (с участием бактерий) способ очистки сточных вод.
Биологическая очистка сточных вод от органических загрязнений
Огромное количество органических веществ, которое содержится в стоках, представляет собой благоприятную питательную среду для размножения микроорганизмов (бактерий), имеющих способности к поглощению этих веществ. На данном свойстве бактерий и основан этот способ очистки сточных бытовых и промышленных вод. В процессе дыхания бактерий вся органика окисляется и разлагается на относительно безвредные составляющие. Вода благодаря этому не загнивает, становится прозрачной, снижается уровень ее бактериального загрязнения. Минерализация органических веществ производится бактериями двух видов: аэробными и анаэробными. Процесс дыхания аэробных бактерий происходит при участии растворенного в воде свободного кислорода, тогда как анаэробные бактерии обходятся без него.
Минерализация без доступа воздуха (анаэробная) производится в емкостях из железобетона (двухъярусных отстойниках, септиках, метантенках). Процесс заключается в сбраживании органических соединений с помощью бактерий, образующих метан. Основной недостаток этого вида очистки – выделение метана и, следовательно, образование неприятных запахов, что не очень безопасно с точки зрения санитарии.
Принцип действия аэробной очистки
В большинстве современных очистных сооружений используется принцип действия, основанный на использовании аэробных процессов. Минерализация с помощью аэробных бактерий происходит на фильтрационных и оросительных полях, в биологических водоемах, а также в специальных емкостях – аэротенках. Наиболее удобными для строительства автономных канализационных систем считаются аэротенки и биофильтры. В этих системах искусственным образом активизируется жизнедеятельность микроорганизмов, которые очищают сточные воды от органики.
Аэротенк – это резервуар, в котором происходит процесс аэрации (интенсивная подача воздуха). Во время работы очистительной системы в аэротенке создается активный ил, состоящий из взвешенных в воде частиц с размножающимися на них бактериями. Активный ил улучшает и процессы очистки и окисления стоков, абсорбируя бактерии и органические вещества. Все микробы, находящиеся в жидкости, в т.ч. и болезнетворные, поглощаются активным илом и становятся нежизнеспособными либо переходят в состояние его агентов. Аэротенк имеет довольно большую поверхность фильтрующего слоя, а также обеспечивает высокую мощность окисления благодаря наличию устройства для подачи воздуха. Все эти свойства в совокупности делают аэротенк наиболее эффективным сооружением биологической очистки бытовых и хозяйственных стоков, которое уже долгое время широко применяется на больших очистительных станциях. К сожалению, использование аэротенка в условиях загородного дома не представляется удобным. Предпринимались многочисленные попытки производства небольших аэротенков для коттеджей и загородных домов, однако это приводило к повышению стоимости очистного оборудования либо к снижению качества очистки.
Биофильтр – это резервуар с двойным дном, содержащий крупнозернистый фильтрующий материал: шлак, гравий, керамзит и т.д. Сточные воды при прохождении сквозь фильтрующий материал образовывают на его поверхности биологическую пленку из колоний микроорганизмов. Эти микроорганизмы разрушают вредные органические вещества, присутствующие в стоках.
Процесс урбанизации и в частности расширение коммунальных хозяйств усложняет задачи обслуживающих городских организаций. Борьба со сточными загрязнениями в этом отношении является особенно важной, поскольку отходы потребления бытовых жидкостей оказывают непосредственное влияние на гидрологическую систему местности. В связи с этим разрабатываются и более эффективные средства минимизации негативных процессов воздействия на окружающую среду. Сегодня очистка стоков организуется с учетом нескольких факторов устранения вредных микроорганизмов. Основным способом водоочистки по-прежнему является обустройство механических фильтрующих станций, но все чаще появляются и комплексные установки, которые выполняют и высококачественную биологическую водоподготовку.
Особенности современной очистки сточных вод
Инженерное оборудование развивается по общим направлениям, которые ориентируются на повышение эргономичности и надежности. Поэтому современная канализационных стоков отличается многофункциональностью, эффективностью и удобством в управлении. И промышленные, и бытовые системы фильтрации стоков оснащаются панелями контроля с широким спектром настроек.
Кроме этого, разработчики проектов канализационных и септических систем стремятся максимально рационализировать коммуникационные сети, оптимизируя и энергоресурсы. Иными словами, очистка стоков в некоторых узлах может соединяться и с комплексными системами управления инжинирингом дома или предприятия. И это не говоря о повышении основных эксплуатационных возможностей очистительного оборудования, что достигается за счет использования высокотехнологичных
Механическая очистка
Весь процесс очистки делится на несколько этапов, которые имеют существенные технологические отличия. Этап механической фильтрации является первичным и в то же время многоэтапным. Простейший механизм такой очистки можно наблюдать на улицах в виде металлических, бетонных или пластиковых решеток, которые задерживают мусор, листву, камни и другие крупные элементы. В дальнейшем стоки могут направляться через канализационный канал в специальные центрифуги и гидроциклоны. Также для задержания микроскопических частиц применяется специальный процеживатель - в сущности, это фильтрационная станция очистки. Сток благодаря такому оборудованию может очищаться от элементов величиной до 0,25 мм. В совокупности этапы очистки к этому моменту позволяют устранять порядка 80% инородных тел в сточной жидкости.
Биологическая очистка
Средства такого рода очистки обычно используются как продолжение механической фильтрации. Можно сказать, базовая очистка процеживателями подготавливает жидкость для более глубокой переработки биологическими станциями. При этом оба метода работают по разным принципам. То есть неправильно считать, что механическая фильтрация задерживает большие частицы, а биологические установки - маленькие. Второй вариант основной акцент делает на экологическом обезвреживании воды, которая не наносит химического вреда в процессе содержания и после выпуска ее в водоемы. На сегодняшний день биологическая очистка стоков главной целью ставит устранение органики или ее переработку. В результате состав жидкой среды сохраняет лишь растворенные нитраты и кислород. На практике такую очистку реализуют двумя способами - естественным или искусственным. В первом случае сточная вода рассеивается на и в Искусственная же очистка выполняется в специальных аэротанках, которые выпускают экологически безопасную воду в водоемы.
Химические и термические способы очистки
С точки зрения ликвидации негативных процессов разложения в сточной среде одним из наиболее эффективных способов является химреагентный. Как правило, эта группа методов базируется на окислительно-восстановительных реакциях, которые в сущности отменяют одни реакции, заменяя их другими, экологически менее опасными. Но самым действенным методом борьбы с загрязнениями в сточных водах является термическое воздействие. Осуществляется данный метод с помощью печных установок и горелок, в которых происходит пережигание жидкости. Практикуется и очистка стоков огневым методом без применения печных сооружений. Технологически этот способ предполагает распыление жидкости, находящейся в мелкодисперсном состоянии, в специальный факел, формируемый при сжигании газообразного топлива. В итоге происходит испарение воды, при котором устраняются и вредные соединения.
Утилизация осадка
Новые технологии, благодаря которым обеспечивается полная ликвидация продуктов разложения, пока используются не на всех очистных сооружениях. Более того, не всегда такой принцип оправдывает себя экономически. Поэтому все еще распространены традиционные каналы очистки, работа которых оставляет осадки. Новые же технологии в таких процессах переработки проявляют себя на финальном этапе утилизации остатков. В частности, используются метантенки. Это массивные железобетонные баки, в которых путем брожения формируется биогаз. В итоге образуется метановое топливо, которое в дальнейшем может применяться в котельных вместо традиционного горючего. Также комплексная очистка стоков с ликвидацией осадка предусматривает использование методов механического обезвоживания с применением специальных аппаратов - центрифуг, ленточных или камерных прессовочных установок. В дальнейшем продукты такой переработки в зависимости от химического состава могут использоваться в сельском хозяйстве как удобрение.
Заключение
На данном этапе развития канализационных систем многие производители решают проблему полного перехода на один из методов очистки. Связано это с тем, что техническая организация нескольких этапов переработки загрязненной жидкости дорого обходится и требует подключения больших ресурсов в процессе обслуживания. В качестве альтернативы рассматривается биологическая станция очистки стоков, в которой также предусматриваются функции механической переработки, но только как вспомогательные этапы. Впрочем, и этот вариант нельзя назвать универсальным, поскольку биологические аэротанки проигрывают по эффективности устранения вредных частиц той же термической очистке. Поэтому все еще целесообразно подходить к решению проблемы очистки сточных вод посредством разработки проектов, учитывающих индивидуальных условия и требования работы очистного оборудования.
Очистка промышленных и бытовых стоков
Исторически сложившееся размещение производственных комплексов в
районах жилой застройки населенных мест не оптимально. Системы водоснабжения и водоотведения в таких агломерациях также являются совместными для жилой и
промышленной зоны. На крупных предприятиях, как правило, имеется собственная система водного хозяйства с полным технологическим циклом от забора воды до ее очистки, обезвреживания и утилизации твердой фазы.
Основные элементы системы водного хозяйства населенного пункта и ее взаимодействие с окружающей природной средой представлены на рис. 37.
Водозаборные сооружения забирают природную воду из поверхностного водоисточника. Насосная станция первого подъема по напорным трубопроводам
подает ее на очистные сооружения. Здесь вода очищается до питьевого качества и из резервуаров насосной станцией второго подъема подается в населенный пункт, как правило, имеющий кольцевую водопроводную сеть.
Рис. 37. Основные элементы водного хозяйства населенного пункта и их
взаимосвязь с окружающей природной средой:
1 - водозаборные сооружения; 2 - насосная станция первого подъема; 3 -
очистные сооружения; 4 - резервуары; 5 - насосная станция второго подъема; 6 - водопроводная сеть; 7 - канализационная сеть; 8 - канализационная насосная
станция; 9 - механическая очистка; 10 -- биологическая очистка; 11 - дезинфицирование вод; 12 - биологические пруды; 13 - сброс очищенной воды; 14
Дождевая сеть, артезианские скважины; 15 - очистные сооружения; 16 -
промышленное предприятие; 17 - водооборотные циклы; 18 - охладители Вода используется на питьевые, хозяйственные нужды, полив улиц и
насаждений, на предприятиях местной промышленности.
Использованную воду (сточные воды) по закрытой канализационной сети отводят за пределы города и главной канализационной насосной станцией подают
на городские очистные сооружения.
Здесь сточные воды проходят механическую-и биологическую очистку,
дезинфицируются и подаются на биологические пруды, где очищаются в естественных условиях. После прудов вода по своим качествам незначительно отличается от воды естественного водоема, может сбрасываться в реку, озеро и т. д.
Атмосферные воды, которые отводятся дождевой сетью, проходят очистку от взвешенных веществ и нефтепродуктов на сооружениях, также сбрасываются в биологические пруды или непосредственно в приемник вод (водоем).
Город может также снабжаться питьевой водой и из подземных источников -
артезианских скважин.
Промышленное предприятие потребляет питьевую и техническую воду.
Техническая вода чаще всего применяется в водооборотных циклах. Для охлаждения вода используется повторно после снижения температуры в
охладителях.
Сточные воды от промпредприятий, содержащие специфические загрязнения, а также дождевые и талые воды с территорий промплощадок могут сбрасываться в
систему водоотведения населенного пункта и подвергаться биологической очистке совместно с городскими сточными водами после прохождения локальных очистных сооружений.
Системы водоснабжения промышленных предприятий в зависимости от водных
и технологических процессов могут быть прямоточного, повторного
(последовательного) и оборотного водоснабжения. В зависимости от
технологического назначения, вода в системе оборотного водообеспечения может
быть подвергнута различной обработке.
В системах оборотного водоснабжения безвозвратные потери воды
(производство, испарение, выветривание, разбрызгивание, шлам, продувочный расход) компенсируют дополнительным, т. е. подпиточным, количеством свежей
воды из источника.
Балансовые схемы расходования воды, сырья, загрязнений служат одним из исходных материалов при составлении экологических паспортов предприятия по
ГОСТ 17.0.04-90 в разделе характеристики водопотребления, водоотведения и очистки вод, а также паспорта водного хозяйства населенных пунктов.
Совместные схемы водообеспечения и водоотведения промышленных предприятий и населенных мест разрабатываются при проектировании на основе технико-экономического сравнения вариантов с целью комплексного решения
водохозяйственных проблем района, города или региона.
Система водного хозяйства, включающая насосные станции, трубопроводы,
очистные сооружения, исполненная и эксплуатируемая даже в самом образцовом виде, по сути своей являясь природоохранной, создает определенную антропогенную нагрузку на окружающую среду и потребляет при этом ресурсы. К ним относятся следующие факторы: потребление энергии, химических реагентов и материалов, в частности металлов, выделение газовых и твердых отходов, сброс очищенных сточных вод, тепловое загрязнение среды.
Оценивая экологическую значимость всей системы водного хозяйства, отметим,
что система канализации является приемником огромного количества загрязнений,
сопровождающих жизнедеятельность человека в быту и на производстве. Какой бы
совершенной ни была система очистки сточных вод, все равно остаются осадки, выделяются газы в атмосферу, потребляется энергия на очистку воды, вводятся из
сельскохозяйственного оборота земли на накопители, иловые площадки, биопруды и т. д. Очень тяжело переносит природа сброс в канализацию вредных микропримесей
Солей тяжелых металлов, нефтепродуктов, поверхностно-активных средств,
ксенобиотиков.
Техногенный цикл антропогенного круговорота вещества и энергии, в том числе и для систем водного хозяйства, может быть сведен к минимуму при рациональном,
экологически обоснованном природопользовании.
Водопользование - это использование человеком водных объектов в
социальной, хозяйственной и бытовой деятельности. Водохозяйственный комплекс
представляет собой совокупность различных отраслей народного хозяйства,
совместно использующих ресурсы одного водного бассейна. Основные требования, предъявляемые к водопользованию:
* рациональное обеспечение потребителя водой в достаточном объеме и соответствующего качества;
* сохранение природных условий и гарантии охраны вод от загрязнения, засорения и истощения;
* обеспечение наибольшего эколого-экономического эффекта;
* гарантия простой и надежной работы. Рациональное использование и охрана вод зависит от эффективности государственного управления. Управление построено
по бассейному принципу, затрагивающему интересы краев, областей, городов, районов. Учет и планирование использования вод представляют собой систему, главными звеньями которой являются государственный водный кадастр,
водобалансовые схемы комплексного использования и охраны вод.
В основе рационального использования водных ресурсов лежит технико-
экономическое обоснование развития территориально-производственного комплекса, которое составляется с целью:
* создания здоровой комфортной среды обитания жителей;
* создания эффективной структуры производства основных видов продукции;
* охраны окружающей природной среды;
* комплексного использования водных ресурсов. Мероприятия по
рациональному водопользованию в систематизированном виде представлены на
В условиях рыночной экономики, когда стоимость становится реальной и
весомой, предприятию (любому иному собственнику) экономически выгоднее будет вести водное хозяйство по минимуму потребления свежей воды, сброса сточных вод
с максимальным повторным (оборотным) водоснабжением и утилизацией вторичных ресурсов, т. е. по пути экологизации водного
Водоподготовка и экология водоотведения.
Экология водоотведения является составной частью экологии водного
хозяйства. В ней рассматривается воздействие на окружающую природную среду и взаимосвязь жидких отходов человеческой деятельности с разработкой нагрузок,
норм использования и способов, предотвращающих деградацию жизненной среды этими отходами.
Под жидкими отходами человеческой деятельности в данном случае
окружающей среде, включая атмосферные.
Создавая комфортные условия обитания, обеспечивая социально-культурные и производственные потребности человека, водопроводная вода претерпевает качественные изменения, превращаясь после ее использования в жидкие отходы - сточные воды. Классификация сточных вод основана на их происхождении (генезисе): хозяйственнобытовые, производственные, атмосферные осадки и др.
Происхождение и состав промышленных сточных вод определяется характером
производства и водообеспечения.
Длительное изучение влияния различных химических соединений на флору и
фауну определило предельно допустимые концентрации для водоемов различных
показателю вредности.
ВОЗ для оценки токсичности загрязняющих веществ рекомендует применять шкалу Корте-Дубинина. Первое место по степени отрицательного воздействия на
организм человека занимают тяжелые металлы (135 баллов), второе - пестициды (130 баллов), далее - нитраты (65 баллов).
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 - объективный, более системный подход и осознание
роли природы в жизни человека, новый этап культуры.
Применительно к технике экологизация технологий означает проведение
мероприятий по предотвращению и снижению воздействия производственных процессов на природную среду. Одним из основных в комплексе таких мероприятий
является разработка безотходных или малоотходных технологий и технологических цепей, имеющих на выходе минимум вредных выбросов.
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 продукции;
Создание замкнутых систем производственного цикла.
Выполнение указанных мероприятий - длительная перспектива, связанная с экономикой, экологией, психологией и политикой. Еще длительное время будут
образовываться отходы, которые необходимо обрабатывать, обезвреживать, утилизировать.
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.
Следует отметить, что процесс экологизации будет связан с увеличением стоимости мероприятий по охране гидро- и атмосферы. Однако данные затраты не затрагивают национальный доход. Они компенсируются предотвращенным или
ликвидируемым ущербом, который наносят выбросы. 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.
В условиях увеличивающейся антропогенной нагрузки очистные сооружения сточных вод уже мало рассматривать как только водоохранный объект. Помимо
этого следует учитывать их воздействие на окружающую среду твердыми отходами (размещение, захоронение, отторжение земель, инфильтрационное загрязнение подземных вод, выделение газов, патогенность), газовыми выбросами (сероводород
и др.), компонентами очищенных сточных вод.
Экологизации процессов очистки сточных вод способствует внедрение
следующих технических решений и мероприятий:
Механическая очистка - совершенствование гидродинамических режимов
существующих отстойных сооружений; применение вместо отстойников сетчатых установок; предварительная обработка сточных вод перед осветлением
коагулянтами; расширение применения технологических процессов очистки вод, использующих центробежные силы для разделения суспензии и эмульсий, взамен гравитационных; совершенствование существующих и разработка новых
фильтровальных установок.
Химическая очистка - применение более активных коагулянтов;
совершенствование гидродинамических и массообменных характеристик, обеспечивающих полноту гидролиза, смешения, реакции; повторное использование шлаков и осадков химической очистки вод; выделение и утилизация в основном или
вторичном производстве продуктов реакции; организация рациональной системы
водоотведения производственных сточных вод, обеспечивающией их взаимоочистку
после объединения на локальных очистных сооружениях.
Физико-химическая очистка - расширение и совершенствование процессов гипер-, ультрафильтрации, экстракции, адсорбции, 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 из
сточных вод для вторичного использования, широкое использование жидких и
твердых промышленных отходов в технологических процессах; развитие
энергетически малоемких эффективных процессов, к числу которых можно отнести
использование в очистке вод электроэнергии, получаемой из биолиза, а также гальванокоагуляцию; развитие передвижной сервисной сети обслуживания
абонентов по регенерации сорбентов, электрохимическому выделению тяжелых металлов на катодах специальных установок, что позволит возвратить в технологию продукты, произвести с получением вторичного сырья регенерацию сорбентов и их
же возвратить в цикл очистки вод; разработка методов предварительного физического и химического воздействий на очищаемые воды; физическая обработка (омагничивание, ультразвуковая, высокочастотная), приводящая к изменению
физико-химических характеристик и соответственно к более глубокой степени
выделения загрязнений из вод.
Биологическая очистка - применение метода предварительной анаэробной
подготовки сточных вод; использование искусственных носителей биомассы;
широкое применение биосорбционных методов; регулирование соотношения групп микроорганизмов; применение высшей водной растительности (эйхорния водная или
водяной гиацинт, пистия, аир и пр.) в качестве самостоятельного фитореактора для очистки сточных вод сельскохозяйственных комплексов с получением биомассы и с
использованием ее на корм скоту или в производстве биогаза; использование симбиотического альгобактериального сообщества (водоросли + бактерии) в очистке и доочистке сточных вод с искусственным освещением в темный период суток
интенсивностью 120 лк/м. Продуцируемый бактериями при. окислении органических веществ диоксид углерода усваивается водорослями, а выделяемый в результате
фотосинтеза кислород используется микроорганизмами как акцептор электронов в метаболизме. При этом достигается глубокая очистка сточных вод и не требуется воздуходувок, компрессоров для биоокислителей.
В настоящее время наибольшую технологическую и экологическую сложность
представляет не очистка сточных вод, а проблема обработки и утилизации их
твердой фазы.
Количество образующейся твердой фазы на очистных сооружениях зависит от генезиса исходного состава и расхода сточных вод, метода их очистки и составляет
в среднем 0,01-3% объема. Влажность твердой фазы колеблется от 85 (предприятия стройиндустрии) до 99,8% (активный ил).
Основные задачи обработки шламов и осадков сточных вод - обезвоживание,
обеззараживание и утилизация.
В зависимости от зольности они могут быть трех типов:
* преимущественно минеральные (зольность более 70%);
* преимущественно органические (зольность менее 30%);
* смешанные (зольность 30-70%).
В настоящее время имеется промышленный опыт возврата в основное производство шламов очистки сточных вод стекольных, оптико-механических, металлургических предприятий, заводов по выпуску строительных изделий,
некоторых химических производств, а также в качестве добавок во вспомогательные производства - мясокомбинаты; молокозаводы (технические жиры, ланолин, жирозаменители); гидролизные заводы (белково-витаминные концентраты);
целлюлозно-картонно-бумажные комбинаты (производство древесноволокнистых
плит, картона, целлюлозы).
Утилизация шламов - это сложная многовариантная проблема, основным
вопросом которой является предотвращение вторичного загрязнения окружающей
среды тяжелыми металлами. Наиболее распространенным способом утилизации шламов очистки сточных вод является складирование их на полигонах
промышленных отходов (шламы обрабатывают цементом, битумом, стеклом или полимерными связующими). Имеется опыт утилизации шламов тяжелых металлов в
производстве строительной керамики, кирпича, черепицы. Современные экологические подходы к формированию системы водоотведения гальванических производств учитывают цели утилизации.
При очистке сточных вод, в том числе и гальванических, надо увеличить единовременные затраты на полное разделение потоков, что в конечном итоге
повысит экологичность технологии. В странах с рыночной экономикой подобные подходы реализованы уже 12-15 лет назад.
Учитывая существующий опыт ряда стран, в перспективе следует ожидать
появления очистных сооружений с улавливанием и обезвреживанием аэрозолей от
аэрационных биоокислителей, а также размещения очистных сооружений в
подземных выработках.
Экологический паспорт водного хозяйства предприятия.
В городскую сеть водоотведения сбрасывают бытовые и производственные сточные воды. Если в отношении приема в сеть бытовых сточных вод ограничений нет, то в отношении производственных имеются ограничения, направленные на
защиту канализационных трубопроводов и сооружений от коррозии, заиливания,
образования взрывоопасных газов, а также возможного нарушения процессов
биологической очистки сточных вод и, как следствие, загрязнения водоемов
токсичными элементами.
Основанием для выдачи разрешений на сброс производственных сточных вод в
систему канализации населенного пункта для действующих предприятий является паспорт водного хозяйства, представляющий один из разделов экологического паспорта предприятия.
Паспорт водного хозяйства разрабатывает предприятие по установленной форме и представляет для согласования в водопроводно-канализационное управление, где уточняют места выпусков в системы канализации бытовых сточных
вод населенных пунктов; нормы сброса и состав сбрасываемых сточных вод до и
после очистных сооружений на выпусках по среднему и максимальному количеству
загрязняющих веществ.
Разрешение на сброс производственных сточных вод может быть
аннулировано в случае изменения условий канализования населенных пунктов или несоблюдения промышленным предприятием условий, в том числе по расходу вод и
массе загрязнений. Расчет допустимых концентраций загрязняющих веществ в сточных водах учитывает их степень очистки на станции аэрации.
ПДК загрязняющих веществ в производственных сточных водах и степень их биологического распада на биологических очистных сооружениях населенного пункта принимаются по нормативным документам.
3.3. Современные биотехнологии охраны окружающей среды Биотехнологии как направления науки и практики являются пограничной
областью между биологией и техникой отраслей человеческой деятельности. Они представляют собой совокупность методов и приемов получения полезных для
человека продуктов, явлений и эффектов с помощью микроорганизмов.
Применительно к охране окружающей человека природной среды биотехнологию
можно рассматривать как разработку и создание технологических процессов, основанных на продуктах жизнедеятельности биологических объектов, микробных культур, сообществ, их метаболитов и препаратов, путем включения их в естественные круговороты веществ, элементов, энергии и информации. Методами и приемами биотехнологии являются фундаментальные и прикладные наработки микробиологии, биохимии, биофизики, клеточной и генной инженерии, их сочетание.
История биотехнологии насчитывает тысячелетия (производство хлебопечения,
виноделие, сыроделие и т. д.). Однако ежегодно появляются новые прикладные
направления биотехнологии, общим для которых является искусственное создание
условий для эволюционных, биогеохимических процессов на Земле в виде характерных биореакторов, реализующихся с большими скоростями, оставаясь
совместимыми по своим продуктам с окружающей природной средой. Принципиальная связь биогеотехнологии с геомикробиологией и
биотехнологией представлена на рис. 39.
На протяжении столетий человечество добывало металлы из богатых и относительно простых по химическому составу руд. По мере истощения запасов таких руд стали использовать полиметаллические и более бедные руды.
Традиционные способы добычи металлов загрязняли окружающую "природную
среду отходами, шлаками (полезно используется не более 2% сырья). При этом
извлекался только один элемент, а сопутствующие накапливались в отвалах.
Более совершенен и менее антропогенен гидрометаллургический метод,
