Одним из источников загрязнения природных водоемов являются сточные воды. Так называют любые воды, в том числе и выпадающие в виде атмосферных осадков, которые посредством канализационных отводов выводятся с территории населенных пунктов и промышленных предприятий. Большинство крупных населенных пунктов оснащены централизованными системами сбора стоков, их отведения и очистки. Разберемся, какими бывают сточные воды и их классификация по определенным признакам.

Любые стоки содержат загрязнения, поэтому они нуждаются в очистке. Каков состав и свойства сточных вод? Характер загрязнений, содержащихся в сточных водах, может быть разным.

Так, хозяйственно-бытовые стоки, отводимые от жилых домов, содержат, в основном, органические включения, промышленные же стоки могут иметь различные химические и радиационные загрязнения. Значит и методы очистки для таких вод нужно применять разные.

Типы загрязнений в стоках

Классификация сточных вод проводится по типам загрязнений, они бывают:

• Механические. Это нерастворенные в воде примеси и мусор, такие загрязнения содержат поверхностные сточные воды.

Совет! Ливневые или поверхностные сточные воды, отводимые с территории промышленных предприятий, могут содержать не только механические, но и химические примеси.

• Химические. К этому типу загрязнений относят стоки с присутствием растворенных или находящихся в виде взвесей органических или неорганических химических веществ. Химические примеси могут быть токсическими или нет.
• Биологические. Данный тип загрязнений подразумевает наличие в воде различных бактерий, грибков и других патогенных микроорганизмов.
• Радиоактивные. Это загрязнение стоков радиоактивными веществами.

Классификация стоков по их происхождению

Характеристика сточных вод по способу происхождения позволяет разделить их на три группы. Основные виды сточных вод:

• Атмосферные или дождевые. Состав сточных вод определяется тем, куда падает дождевая вода. Вода, стекая с крыш, асфальтовых и бетонных покрытий улиц и площадей, увлекает за собой разнообразный мусор, поэтому и такие стоки нуждаются в очистке.
• Производственные стоки образуются на различных предприятиях, на которых вода используется в производственном цикле.
• Бытовые стоки из жилых домов. Это вода, отводимая от предметов сантехники – ванн, унитазов, раковин и пр.

Совет! Если состав атмосферных и бытовых сточных вод более или менее стабилен и хорошо известен, то производственные воды могут содержать самые разные загрязнения в зависимости от ассортимента веществ и технологий, используемых в производственном цикле.

Состав загрязнений

• Наиболее чистыми, то есть содержащими меньше всего загрязнений, считаются дождевые стоки. Как правило, в этом случае проводится фильтрация сточных вод, то есть отделении механических примесей.

• Производственные стоки могут иметь разную степень загрязненности. К числу самых чистых относят воду, которая используется для охлаждения агрегатов и трубопроводов. В производственных стоках могут содержаться только неорганические или, напротив, органические примеси, или комбинация обоих типов. Поэтому требуется тщательная переработка сточных вод. Причем качество очищенных стоков должно быть высоким. В идеале в промышленности должно применяться повторное использование стоков.

Совет! Одним из наиболее опасных органических загрязнителей органического типа является фенол. Это вещество входит в состав стоков коксо- и нефтехимических производств.

• Состав бытовых сточных вод достаточно стабилен. В них содержатся, в основном органические примеси, а также различные типы бактерий, в том числе и патогенные.

Оценка степени загрязнения

Поскольку сточные воды имеют сложный состав, произвести оценку содержания каждого из загрязняющих веществ чрезвычайно сложно. Поэтому при проведении анализов выбирают такие показатели, которые могут характеризовать суммарные свойства воды без выделения и идентификации отдельных веществ.

К примеру, при оценке органолептических показателей (цвет, запах) не проводится выделение каждого из веществ, которое придает окраску или запах воде. Для определения состава используется суммарный санитарно-химический анализ сточных вод, в который входят химические, физико-химические и санитарно-биологические тесты.

При проведении полного санитарно-химического анализа производится оценка следующих показателей:

• Температура, запах, цвет, прозрачность.
• Уровень кислотности (pH), сухой остаток, содержание взвешенных веществ.
• Химическая потребность в кислороде, биохимическая потребности в кислороде (бпк), содержание азотных соединений, фосфатов, сульфидов, хлоридов.
• Присутствие тяжелых металлов, радиоактивных и токсических веществ.
• Содержание ПАВ, нефтепродуктов, растворенного кислорода.
• Определение микробного числа, присутствия бактерий группы кишечных палочек, яиц гельминтов.

Совет! Помимо стандартных анализов на городских очистных сооружениях могут проводиться дополнительные исследования для определения содержания группы веществ, которые могут содержаться в стоках, отводимых от местных промышленных предприятий.

Учет количества сточных вод

Для начисления оплаты за использование канализацией необходим учет сточных вод, то есть измерение их количества. Это весьма актуально для больших производственных предприятий, где сброс сточных вод велик.

Для количественной оценки используются специальные приборы учета – высокотехнологичные изделия, обеспечивающие высокую степень точности измерений.

Способы очистки

В природе все предусмотрено, поэтому вода в водоемах обладает способностью к самоочищению. Однако этот процесс происходит не быстро, поэтому с большим потоком стоков естественные методы очищения не справятся. По этой причине отведение сточных вод без предварительной очистки запрещено.

Безопасная утилизация сточных вод – это обработка с целью удались из воды максимальное количество загрязнений. Организация очистки сточных вод и их отвод – это важная задача, которую нужно решить при постройке здания. Способы, которыми обрабатывают сточные воды, можно разделить на несколько групп, это:

• Механические;
• Физико-химические;
• Химические;
• Биологические.

Каждый из названных способов может быть применен по отдельности, но лучшего результата удается добиться при использовании комбинации нескольких методов.

Механические методы

При использовании механической очистки применяют два способа:

• Отстаивание;
• Фильтрация.

В первом случае применяются отстойники для сточных вод. Здесь происходит разделение веществ на фракции в зависимости от их удельного веса. Для фильтрации используются различные фильтры, которые позволяют отделять крупные включения.

При использовании механического метода можно добиться удаления 65-70% примесей из бытовых сточных вод и примерно 95% примесей из ливневых стоков. Поэтому отстаивание или осветление – это только первый этап, затем хозяйственно-бытовые сточные воды нуждаются в доочистке.

Чаще всего, доочистка сточных вод осуществляется с использованием биологических методов. Дополнительно может быть применено обеззараживание сточных вод с использованием озонаторов или ультрафиолета.

Химические методы

При использовании химических методов в очищаемую среду добавляют специально подобранные химические реагенты. Эти вещества вступают в реакцию с веществами-загрязнителями с образованием нерастворимых веществ, которые осаждаются на дно отстойника. При использовании химического способа можно добиться удаления около 95% загрязнений, растворенных в воде, и около 25% нерастворенных веществ.

Физико-химические методы

При использовании этих методов сточные воды подвергаются специальной обработке, позволяющей удалить, как растворенные, так и нерастворенные загрязнения. Чаще всего применяются следующие методы:

• Коагуляция. В этом случае, в сток вводятся специальные вещества, под действием которых мелкие взвешенные частицы слипаются, образуя крупные агрегаты, оседающие на дно.
• Флокуляция. Этот процесс имеет тот же принцип, что и коагуляция, но реагенты при его использовании применяют другие.
• Экстракция. Это метод извлечения из жидкости определенных веществ. Он достаточно дорог, поэтому применяется тогда, когда извлеченные вещества могут быть использованы повторно.
• Ультрафильтрация. Используются ультрафильтры в промышленных системах канализации, если в системе предусмотрено использование вторичной воды. Ультрафильтрация позволяет отделить высокомолекулярные соединения от низкомолекулярных.

Как правило, физико-химические методы используются для переработки промышленных стоков, так как в них может содержаться большое количество разнообразных химических веществ.

Методы биоочистки

Для переработки бытовых сточных вод, содержащих много органики, применяют биологические методы. Они основаны на использовании присутствующих в природе бактерий, которые используются в естественных процессах самоочистки. В процессе своей жизнедеятельности бактерии перерабатывают органические включения, разлагая их на безопасные составляющие.

Самые простые методы биоочистки используются в выгребных ямах и септиках. Тут органические отходы, осевшие на дно, подвергаются анаэробному брожению, то есть, обрабатываются микроорганизмами, способными существовать без доступа кислорода.

В современных очистных станциях дополнительно используется аэробная очистка, для этого в рабочую зону подается кислород воздуха. Аэробные процессы проходят намного быстрее и позволяют удалять большее количество загрязнений. Станция биоочистки имеет такие элементы, как аэраторы и электронасосы, то есть, является энергозависимой и требует подключения электропитания.

Отведение очищенной воды

При создании системы канализации нужно продумать, как будет осуществляться отвод сточных вод. Самый простой вариант – самотечное отведение стоков. Однако такой сброс сточных вод возможен, только если грунт имеет хорошую впитывающую способность. В противном случае, организуется принудительная откачка сточных вод.

Для организации принудительного откачивания необходимо использовать дополнительное оборудование. Очищенная жидкость выводится в емкость, в которой установлен насос для откачки. Объем ёмкости зависит от объема водопотребления и производительности септика.

Для откачки сточных вод можно использовать дренажный бытовой насос. Использовать фекальный насос для откачки нецелесообразно, так как применение этого оборудования требуется при содержании в жидкости крупных включений, а если уже проведено очищение, то таких включений в воде нет.

Систему оборудуют поплавковым датчиком, который включит погружной насос для сточных вод после того, как уровень жидкости достигнет определённого уровня. Закончив выкачку, насос автоматически отключится.

Итак, сточные воды – это результат использования воды в быту или на производстве. Сброс сточных вод без предварительной обработки запрещен, поэтому канализационным стокам требуется очистка. Методы очистки выбираются в зависимости от степени и состава загрязнений.

Так, для очистки бытовых стоков пользуются механическими и биологическими видами очистки. Биоочистка сточных вод удаляет органические загрязнения, но не осуществляет обеззараживание сточных вод.

Для этого проводится облучение ультрафиолетом или озонирование сточных вод. Такая дезинфекция сточных вод нужна, если воду планируется вторично использовать для технических целей. Производственные стоки могут нуждаться в применении физико-химических и химических методов обработки.

Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения.

Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы:

• 1. Механическое - Механическое загрязнение характеризуется попаданием в воду различных механических примесей -- песка, шлама, ила и др. Механические примеси могут значительно ухудшать органолептические показатели и качество вод, а также отрицательно влияют на условия обитания рыб и состояние экосистем. Тепловое загрязнение связано с повышением температуры воды в результате смешивания с более нагретыми поверхностными или технологическими водами, в результате чего происходит изменение газового и химического состава воды, размножение анаэробных бактерий, рост количества гидробионтов и выделение ядовитых газов -- сероводорода и метана. Одновременно происходит «цветение» воды, а также ускоренное развитие микрофлоры и микрофауны, что способствует развитию других видов загрязнения.
• 2. Химическое - Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных химических свойств вода за счет увеличения содержания в ней вредных примесей как неорганической (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы), так и органической природы (нефть и нефтепродукты, органические остатки, поверхностноактивные вещества, пестициды).
• 3. Бактериальное и биологическое - Сточные воды содержат большое число микроорганизмов, в том числе болезнетворных (патогенных) бактерий, что делает эту воду опасной в санитарном отношении. В бытовых сточных водах встречаются бактерии брюшного тифа, дизентерии и другие возбудители желудочно-кишечных заболеваний, а также яйца гельминтов (глистов), поступающие в сточные воды с выделениями людей и животных.
• 4. Радиоактивное - Радиоактивные вещества, попадающие в поверхностные и подземные воды, могут быть природного и искусственного происхождения. Наличие в воде природных радиоактивных веществ обусловлено соприкосновением ее с минералами, содержащими радиоактивные изотопы (и238, Ра226, ТЬ232), а также взаимодействием с атмосферой, из которой в воду попадают С14, Ве10, Н3. Степень радиоактивного загрязнения воды в этом случае обычно невелика.
• 5. Тепловое - тип физического (чаще антропогенного) загрязнения окружающей среды, характеризующийся увеличением температуры выше естественного уровня. Основные источники теплового загрязнения - выбросы в атмосферу нагретых отработанных газов и воздуха, сброс в водоемы нагретых сточных вод.

Основными источниками загрязнения и засорения водоемов является недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов, отходы производства при разработке рудных ископаемых; воды шахт, рудников, обработке и сплаве лесоматериалов; сбросы водного и железнодорожного транспорта; отходы первичной обработки льна, пестициды и т.д.

Загрязняющие вещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые в основном проявляются в изменении физических свойств воды, в частности, появление неприятных запахов, появление в ней вредных веществ, веществ на поверхности воды и откладывании их на дне водоемов.

Производственные сточные воды загрязнены в основном отходами и выбросами производства. Количественный и качественный состав их разнообразен и зависит от отрасли промышленности, ее технологических процессов. Их делят на две основные группы: содержащие неорганические примеси, токсические, и содержащие яды.

К первой группе относятся сточные воды содовых, сульфатных, азотно-туковых заводов, обогатительных фабрик свинцовых, цинковых, никелевых руд и т.д., в которых содержатся кислоты, щелочи, ионы тяжелых металлов и др. Сточные воды этой группы в основном изменяют физические свойства воды.

Сточные воды второй группы сбрасывают нефтеперерабатывающие, нефтехимические заводы, предприятия органического синтеза, коксохимические и др. В стоках содержатся разные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и другие вредные вещества. Вредоносное действие сточных вод этой группы заключается главным образом в окислительных процессах, вследствие которых уменьшается содержание в воде кислорода, увеличивается биохимическая потребность в нем, ухудшаются органолептические показатели воды.

Довольно вредным загрязнителем промышленных вод является фенол. Он содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий. При этом резко снижаются биологические процессы водоемов, процесс их самоочищения, вода приобретает специфический запах карболки.

Сточные воды

Очистка сточных вод

Сточные воды - любые воды и атмосферные осадки, отводимых в водоемы с территорий промышленных предприятий и населенных мест, через систему канализации или самотеком, свойства которых оказались ухудшенными в результате деятельности человека.

1. Виды

Сток загрязнен - сточные воды, содержащие примеси в количестве, превышающим ПДК (предельно допустимую концентрацию).

2. Классификация

2.1. За источником загрязнения

Природа и концентрация загрязняющих веществ в сточных водах зависят от источника загрязнения, поэтому выделяют основные виды стоков: .

• Поверхностные сточные воды ("ливневые стоки") - формируются за счет дождевых, талых (снег, град) и поливочных вод. Отводятся как правило через систему ливневой канализации. Делятся на дождевые и талые. Загрязненные обычно взвешенными веществами органического и минерального происхождения, нефтепродуктами, биогенными веществами и тяжелыми металлами.
• Коммунально-бытовые (хозяйственно-фекальные) сточные воды - образуются в жилых помещениях, а также в бытовых помещениях на производстве (душевые кабины, туалеты), отводятся через систему хозяйственно-бытовой канализации или по загальносплавний. Загрязненные главным образом уличным мусором, моющими средствами и экскрементами. Большая часть взвешенных твердых веществ имеет целлюлозную природу, а загрязняющие органические вещества включают жирные кислоты, углеводы и белки. Неприятный запах бытовых сточных вод обусловлен разложением белков в анаэробных условиях. Образуются от использования воды на кухнях, в туалетных и душевых, банях, прачечных, столовых, больницах, а также хозяйственные воды, образующиеся от мойки помещений. Они поступают как от жилых и общественных зданий, так и от бытовых помещений промышленных предприятий. По природе загрязнений сточные воды могут быть фекальными, поступающие из туалетов и загрязненные в основном физиологическими отходами поступают жизнедеятельности человека, и хозяйственными, загрязненные разного рода отходами.

Состав бытовых сточных вод относительно постоянный и характеризуется в основном органическими загрязнениями (около 60%) в нерастворенном, коллоидном и растворенном состоянии, а также различными бактериями и микроорганизмами, в том числе и патогенными. .

• Сельскохозяйственные сточные воды - делятся на сточные воды от животноводческих комплексов и поверхностные сточные воды с полей. Первый тип сточных вод содержит большое количество органических загрязнений, второй содержит вещества, которые используются в качестве удобрений и средств защиты растений от вредителей.
• Шахтные и рудничные сточные воды - образуются в процессе добычи и переработки полезных ископаемых, поэтому часто имеют высокую минерализацию, кислую реакцию среды, большое количество рудничных элементов, находящихся в растворенной и взвешенной формах.
• Промышленные (производственные) сточные воды - образуются в технологических процессах при производстве или добыче полезных ископаемых, отводятся через систему промышленной или загальносплавной канализации. Невозможно дать какую-то типичную характеристику чрезвычайно разнообразного загрязнения промышленных сточных вод, которые представляют собой остатки обрабатываемой сырья и реагентов, участвующих в технологическом процессе. Наиболее характерными и опасными загрязнениями промышленных стоков является экстрагирующих веществ (преимущественно нефтепродукты), фенолы, синтетические поверхностно-активные вещества, тяжелые металлы, важкорозкладисти органические вещества, в том числе различные пестициды. Образуются в результате использования воды в технологических процессах производств. Состав и концентрация загрязнений производственных (промышленных) сточных вод весьма разнообразны и зависят от вида и технологии производства, исходного сырья и различных компонентов, которые присутствуют в технологическом процессе. Производственные сточные воды могут иметь органические, минеральные, радиоактивные примеси, а также вредные и ядовитые вещества. Выделяют загрязненные и условно чистые производственные сточные воды. Примером условно чистых сточных вод может быть вода, использовавшаяся для охлаждения в теплообменных аппаратах.

2.2. По типу загрязнений

По типу загрязнений промышленные сточные воды делят на 3 группы:

• 1) воды, загрязнении минеральными добавками (продукты, производства минеральных удобрений, кислот, строительных изделий, нефтепродуктов и т.д.);
• 2) воды, загрязнении органическими примесями (сточные воды предприятий химической, нефтехимической перерабатывающей промышленности, производство полимеров и др.);
• 3) сточные воды загрязнены минеральными и органическими примесями (предприятия нефтяной, легкой, пищевой промышленности и т.д.), образующиеся от выпадения дождя или таяния снега и содержат в основном минеральные и в меньшем количестве - органические загрязнения.

Атмосферные сточные воды, образующиеся на территории промышленных предприятий, содержащих отходы соответствующих предприятий. Отвод и обезвреживания атмосферных сточных вод также входит в задачи служб канализации. Особенностью данных вод является неравномерность их поступления. Так, в сухую погоду они отсутствуют, а во время ливня их количество бывает большой.

Состав сточных вод изучают с целью наиболее рационального определения следующих условий и обстоятельств: выбор способа очистки сточных вод; возможность утилизации ценных веществ, содержащихся в сточных водах и осадке (жиры, удобрения и т.д.) возможность использования очищенных сточных вод как источника технического водоснабжения.

Сточные воды могут быть загрязнены минеральными и органическими веществами.

К минеральным загрязнениям относятся песок, глина , шлак, растворы минеральных солей, кислот и щелочей. Органические загрязнения бывают растительного и животного происхождения. Растительного происхождения - содержат остатки растений, плодов, злаков, овощей, бумаги. С химической точки зрения в этих загрязнениях в основном содержится углерод в виде клетчатки. Животного происхождения - содержащих физиологические отходы людей и животных, жировые вещества, органические кислоты и другие. Основным химическим элементом этих загрязнений являются азот в виде белковых веществ. Сточные воды, кроме углерода и азота, содержащие фосфор, калий , серу, натрий и другие химические соединения.

Выделяют также так называемые бактериальные и биологические загрязнения, в сточных водах представлены различными бактериями, дрожжевыми и плесневыми грибками, мелкими водорослями.

По физическим состоянием загрязнения, содержащиеся в сточных водах, могут быть в виде раствора, коллоидов, суспензии и нерастворенных примесей. В зависимости от размеров частиц, их плотности и скорости движения сточных вод нерастворенные вещества могут всплывать на поверхность, находиться во взвешенном состоянии в воде и оседать на дно. .

2.3. По физическому состоянию

По физическому состоянию загрязнения сточных вод делятся на :

• нерастворимые примеси, находящиеся в воде в виде больших взвешенных частиц (диаметром более 0,1 мм) и в виде суспензии, эмульсии и пены (частицы диаметром от 0,1 мм до 0,1 мкм);
• коллоидные частицы диаметром от 0,1 до 0,001 мкм;
• растворимые частицы, находящиеся в воде в виде молекулярно-дисперсных частиц диаметром менее 0,001 мкм.

2.4. По природе загрязнителя

По природе загрязнителя выделяют минеральное, органическое и биологическое загрязнение сточных вод .

К минерального загрязнения относятся частицы песка, глины, руды, шлаков растворы минеральных солей, кислот и щелочей, минеральные масла, ионы металлов и неорганические вещества .

Органическое загрязнение буваюе растительного (остатки растений, плодоовощей и злаков, бумага, растительные масла и др.) и животного (физиологические выделения людей и животных, остатки мышечных и жировых тканей животных, клеевые вещества и пр.) происхождения. Органическое загрязнение характеризуются довольно значительным содержанием углерода, азота, водорода, фосфора и серы.

Биологическое загрязнение представляет собой различные микроорганизмы (одноклеточные грибы, водоросли и бактерии), в том числе болезнетворные. Этот вид загрязнений свойствен в основном бытовым и некоторым производственным сточных вод (стоки животноводческих ферм, кожевенных заводов, боен, шерстомоек, биофабрик и т. п.). По своему химическому составу это органическое загрязнение, но выделяются в отдельную группу из-за особого взаимодействия с загрязнениями других видов .

3. Состав

Для определения состава сточных вод требуется проведение большого количества разнообразных анализов - химических, физико-химических, санитарно-бактериологических. Основными задачами, решаемыми на основе анализов, являются:

• оценка санитарно-токсикологического состояния сточных вод;
• определения пригодности сточных вод для конкретного вида потребления, степени и характера загрязнения сточных вод;
• поиск способа очистки воды, а также определение методов управления процессами очистки сточных вод и контроль работы сооружений;
• оценка эффективности работы отдельных сооружений и технологической схемы очистки сточных вод в целом;
• контроль состояния водоема.

4. Очистка

4.1. Методы очистки сточных вод

Очистка сточных вод промышленных производств осуществляют механическими, физико-химическими, биологическими, термическими методами. Механические методы используют в основном как предварительные. К ним относятся следующие методы: отстаивание, фильтрование, центрифугирование. К физико-химических методов очистки относятся коагуляция, флокуляция, сорбция , флотация, экстракция, евапорация, ионный обмен, а также электрокоагуляция, электрофлотация.

Биологический способ применяется для очистки сточных вод от органических веществ, ионов тяжелых металлов, например, от ионов хрома с помощью бактерий, названных дехроматиканс, и некоторых неорганических веществ (Н2, N2, NH3). Процесс основан на минерализации органических веществ до простых минеральных соединений, которые находятся в воде как в растворенном состоянии, так и в тонко диспергированном нерастворенном и коллоидном состоянии, с помощью специальных микроорганизмов. Известны анаэробные (без участия кислорода) и аэробные (с участием кислорода) методы биохимической очистки.

Термические методы используют для очистки очень минерализованных сточных вод, содержащих соли кальция, магния, органические примеси. Очищенную воду получают, в основном, испарением в специальных установках. В некоторых случаях используют огненный метод, при котором сточные воды распыляют непосредственно в горячие газы. При этом вода полностью испаряется, а органические примеси сгорают, минеральные вещества превращаются в твердые или расплавленные частицы, которые затем улавливаются.

К новым методам очистки промышленных сточных вод относятся обработка стоков в магнитных и электрических полях; диспергирования примесей, содержащихся в стоках; мембранные (ультрафильтрация, обратный осмос, микрофильтрация, испарение через мембраны, диализ, электродиализ).

химическую обработку для связывания и осаждения биогенных элементов или уничтожения водорослей;

нарушение стратификации и реаэрацию;

сбор фитомассы и биоманипуляцию.

Профилактические методы, используемые для предотвращения эвтрофирования:

контроль сброса биогенных веществ;

удаление биогенных веществ из сточных вод;

использование предварительных отстойников;

стратегическая перестройка управления водопользованием в бассейне.

17 ЗАГРЯЗНЕНИЕ БЫТОВЫМИ СТОЧНЫМИ ВОДАМИ

Старейшим видом загрязнения вод являются прямые отходы человеческой жизнедеятельности. В пересчете на сухое вещество каждый взрослый человек за год «производит» около 20 кг органического вещества, 5 кг азота и 1 кг фосфора. Первоначально эти отходы напрямую использовались в качестве удобрений, затем появились первые земляные уборные. Часть отходов при этом неизбежно попадала в источники питьевой воды. Именно поэтому большие города уже в древности стали строить водопроводы из достаточно удаленных от мест скопления людей источников.

С появлением ватерклозетов вторично возникла идея простого решения проблемы – разведения отходов и удаления их от места сброса. Объемы, а затем и состав подлежащих очистке сточных вод существенно изменились. Коммунально-бытовые стоки поступают в настоящее время не только из жилых зданий, но и из больниц, столовых, прачечных, небольших промышленных предприятий и т.п. Современные бытовые стоки, кроме собственно легкоокисляемых органических веществ и биогенных элементов содержат множество веществ, использующихся в повседневном обиходе: детергенты и СПАВ, химикалии, лекарственные препараты и т.д.

Поступающие в водотоки и водоемы легкоокисляемые органические вещества подвергаются там химическому и микробиологическому окислению. Для измерения содержания органических веществ в воде принято пользоваться величиной биохимического потребления кислорода за 5 сут. (БПК5 , BOD5 – Biochemical Oxygen Demand). Ее определяют по разнице содержания в воде кислорода при отборе пробы и после пяти суток инкубации без доступа кислорода. БПК5, отражая содержание легкоокисляемой органики в воде, является универсальным показателем, используя

который можно сопоставить степень загрязнения от разных источников. Так, в таблице 20 загрязнение от предприятий различного профиля выражено в эквивалентах загрязнения от людей.

Таблица 20 Загрязненность органикой промышленных сточных вод в эквивалентах бытовых стоков

Последствия загрязнения бытовыми сточными водами

Легкоокисляемое органическое вещество, в избытке содержащееся в коммунальнобытовых стоках, становится питательной средой для развития множества микроорганизмов, в том числе и патогенных. В нормальной почве содержится большое количество микроорганизмов, способных вызывать тяжелые инфекционные заболевания. Обычно питьевая вода защищена от вторжения этих микроорганизмов тем, что содержание в ней доступной пищи для бактерий (легкоокисляемых органических веществ) невелико и практически все они используются нормальной водной микрофлорой. Однако со значительным ростом концентрации органики в воде почвенные патогенные микроорганизмы находят достаточно источников пищи для себя и могут стать источником вспышки инфекции. Кроме того, повышение количества органики в воде стимулирует рост и непатогенной микрофлоры, служащей, в свою очередь, пищей для более крупных возбудителей заболеваний – ряда амеб (как это было, например, с амебами, вызвавшими

Кроме непосредственной опасности развития патогенных организмов в воде, загрязненной бытовыми стоками существует другое непрямое неприятное для человека последствие этого вида загрязнений. При разложении органического вещества (и химическом, и микробиологическом), как мы уже упоминали выше, потребляется кислород. В случае тяжелого загрязнения содержание растворенного в воде кислорода падает настолько, что это сопровождается не только заморами рыбы, но и невозможностью нормального функционирования микробиологических сообществ. Происходит деградация водной экосистемы. В проточных водах и в водоемах картина последствий загрязнения бытовыми стоками выглядят по-разному.

В проточных водах образуются четыре, следующие друг за другом по течению, зоны. В них совершенно четко выражены градиенты содержания кислорода (увеличение от места сброса вниз по течению), биогенных веществ и БПК 5 (соответствующее снижение), видового состава биологических сообществ.

Первая зона – зона полной деградации, где происходит смешивание сточных и речных вод. Далее располагается зона активного разложения, в которой микроорганизмы разрушают большую часть попавших органических веществ. Затем следуют зоны восстановления качества воды и, наконец, чистой воды.

Еще в начале ХХ в. Р. Кольквитц и М. Марссон привели списки индикаторных организмов для каждой из этих зон, создав так называемую шкалу сапробности (от «сапрос», гр. – гнилой).

В первой зоне – полисапробной содержится значительное количество нестойких органических веществ и продуктов их анаэробного распада, много белковых веществ. Фотосинтез отсутствует, и кислород поступает в воду только из атмосферы, полностью расходуясь на окисление. Анаэробные бактерии вырабатывают метан, Desulfovibrio

82 desulphuricans восстанавливает сульфаты до сероводорода, что способствует образованию черного сернистого железа. Благодаря этому ил черный, с запахом сероводорода. Очень много сапрофитной микрофлоры, нитчатых бактерий, серных бактерий, простейших – инфузорий, бесцветных жгутиковых, олигохет – тубифицид.

В следующей за ней б-мезосапробной зоне идет аэробный распад органических веществ. Аммонийные бактерии метаболизируют азотные соединения с образованием аммиака. Высокое содержание углекислоты, кислорода все еще мало, но сероводорода и метана уже нет, БПК5 составляет десятки мг л-1 . Сапрофитные бактерии исчисляются десятками и сотнями тысяч в 1 мл. Железо присутствует в окисной и закисной формах. Протекают окислительно-восстановительные процессы. Ил серого цвета. Преобладают организмы, приспособившиеся к недостатку кислорода и высокому содержанию углекислоты. Много растительных организмов с миксотрофным питанием. В массе развиваются нитчатые бактерии, грибы, осциллятории, хламидомонады, эвглены. Встречаются сидячие инфузории, коловратки, много жгутиковых. Много тубифицид и личинок хирономид.

В в-мезосапробной зоне практически нет нестойких органических веществ, они почти полностью минерализовались. Сапрофитов – тысячи клеток в мл. Содержание кислорода и углекислоты колеблется в зависимости от времени суток. Ил желтый, идут окислительные процессы, много детрита. Много организмов с автотрофным питанием, наблюдается цветение воды. Встречаются диатомеи, зеленые, много протококковых водорослей. Появляется роголистник. Много корненожек, солнечников, инфузорий, червей, моллюсков, личинок хирономид. Встречаются ракообразные и рыбы.

Олигосапробная зона соответствует зоне чистой воды. Цветения не бывает, содержание кислорода и углекислоты постоянно. На дне мало детрита, автотрофных организмов и червей, моллюсков, хирономид. Много личинок поденок, веснянок, можно встретить стерлядь, гольяна, форель.

В водоемах замедленного водообмена картина зависит от размеров водоема и режима сброса сточных вод. В больших водоемах (морях, крупных озерах) вокруг постоянно действующего источника образуются, концентрически расположенные, поли-, мезо и олигосапробная зоны. Такая картина может сохраняться неопределенно долгое время, если самоочистительный потенциал водоема позволяет ему справляться с поступающей нагрузкой. Если водоем небольшой, то он трансформируется, по мере

Сточные воды представляют собой сложные гетерогенные смеси, содержащие примеси, которые находятся в нерастворённом, коллоидном и растворённом состоянии.

Загрязнение вод проявляется в изменении физических и органолептических свойств (нарушение прозрачности, окраски, запахов, вкуса), увеличение содержания сульфатов, хлоридов, нитратов, токсичных тяжёлых металлов, сокращении растворённого в воде кислорода воздуха, проявлении радиоактивных элементов, болезнетворных бактерий и других загрязнителей.

Различают химические, биологические и физические загрязнители. Среди химических загрязнителей к наиболее распространённым относят нефть и нефтепродукты, СПАВ. Очень опасны биологические загрязнители, например вирусы и другие болезнетворные микроорганизмы, и физические – радиоактивные вещества, тепло и др.

Таблица 1. Главные загрязнители воды

Основные виды загрязнения вод. Наиболее часто встречается химическое и бактериальное загрязнение. Значительно реже наблюдается радиоактивное, механическое и тепловое загрязнение.

Химическое загрязнение – наиболее распространённое, стойкое и далеко распространяющееся. Оно может быть органическим (фенолы, нафтеновые кислоты, пестициды и др.) и неорганическим (соли, кислоты, щелочи), токсичным (мышьяк, соединения ртути, свинца и др.) и нетоксичным. при осаждении на дно водоёмов или при фильтрации в пласте вредные химические вещества сорбируются частицами пород, окисляются и восстанавливаются, выпадают в осадок и т.д., однако, как правило, полного самоочищения загрязнённых вод не происходит. Очаги химического загрязнения подземных вод в сильно проницаемых грунтах может распространяться до 10 км и более.

Бактериальное загрязнение выражается в появлении в воде патогенных бактерий, вирусов (до 700 видов), простейших, грибов и др. Этот вид загрязнений носит временный характер.

Весьма опасно содержание в воде, даже при очень малых концентрациях, радиоактивных веществ, вызывающих радиоактивное загрязнение. Наиболее вредные «долгоживущие» радиоактивные элементы, обладающие повышенной способностью к передвижению в воде (стронций-90, уран, радий-226, цезий и др.). Радиоактивные элементы попадают в поверхностные водоёмы при сбрасывании в них радиоактивных отходов, захоронении отходов на дне и др.

Механическое загрязнение характеризуется попаданием в воду различных механических примесей (песок, шлам, ил и др.). Механические примеси могут значительно ухудшать органолептические показатели вод.

Применительно к поверхностным водам выделяют ещё их загрязнение (а точнее, засорение) твёрдыми отходами (мусором), остатками лесосплава, промышленными и бытовыми отходами, которые ухудшают качество вод, отрицательно влияют на условия обитания рыб, состояние экосистем.

Тепловое загрязнение связано с повышением температуры вод в результате их смешивания с более нагретыми поверхностными или технологическими водами. При повышении температуры происходит изменение газового и химического состава в водах, что ведёт к размножению анаэробных бактерий, росту гидробионтов и выделению ядовитых газов – сероводорода, метана. Одновременно происходит «цветение» воды, а также ускоренное развитие микрофлоры и микрофауны, что способствует развитию других видов загрязнения. По существующим санитарным нормам температура водоёма не должна повышать более чем на 3°С летом и 5°С зимой, а тепловая нагрузка на водоём не должна превышать 12 – 17 кДж/м³.

Промышленные сточные воды загрязняют экосистемы самыми разнообразными компонентами (табл.2), в зависимости от специфики отраслей промышленности.