Лекція 21. Забруднення навколишнього середовища
21.3. Забруднення водних ресурсів, методи очищення стічних вод
Зі стічними водами, з поверхневим стоком, стоком з сільськогосподарських угідь, з атмосфери в водойми надходять різні забруднення. Під забрудненням водних ресурсів розуміють будь-які зміни фізичних, хімічних і біологічних властивостей води у водоймищах у зв'язку із скиданням у них рідких, твердих і газоподібних речовин, роблячи воду даних водоймищ небезпечною для використання, завдаючи збитку народному господарству, здоров'ю та безпеці населення.
Забруднення поверхневих і підземних вод можна розподілити на такі типи: механічне - підвищення змісту механічних домішок, властиве в основному поверхневим видам забруднень; хімічне - наявність у воді органічних і неорганічних речовин токсичної і нетоксичної дії; бактеріальне і біологічне - наявність у воді різноманітних патогенних мікроорганізмів, грибів і водоростей; радіоактивне - присутність радіоактивних речовин в поверхневих або підземних водах; теплове - випуск у водоймища підігрітих вод теплових і атомних електростанцій.
Основними джерелами забруднення водойм є недостатньо очищені стічні води промислових і комунальних підприємств (рисунок 21.4), великих тваринницьких комплексів, відходи виробництва при розробці рудних копалин; обробці і сплаві лісоматеріалів; води шахт, рудників; скиди водного і залізничного транспорту. Забруднюючі речовини, потрапляючи в природні водойми, призводять до якісних змін води, які в основному виявляються в зміні фізичних властивостей води, зокрема, появі неприємних запахів, присмаків; в зміні хімічного складу води, появі в ній небезпечних речовин, в наявності плаваючих речовин на поверхні і відкладанні їх на дні водойм.
Малюнок 21.4 - Схема джерел забруднення підземних вод і водойм:
I - грунтові води, II - напірні прісні води, III - напірні солоні води,
1 - трубопроводи, 2 - хвостосховище, 3 - димові та газові викиди,
4 -підземний поховання промстоків, 5 - шахтні води, 6 - терикони,
7 - кар'єрні води, 8 - заправні станції, 9 - побутове загpязненной,
10 - водозабір, що підтягує солоні води, 11- об'єкти тваринництва,
12 - внесення добрив і пестицидів.
Виробничі стічні води забруднені в основному відходами і викидами виробництв. Кількісний та якісний склад їх різноманітний і залежить від галузі промисловості, її технологічних процесів. У стоках виробництв містяться нафтопродукти, аміак, альдегіди, смоли, феноли та інші речовини.
Серйозні наслідки у водних організмів виникають при підвищеному вмісті у воді важких металів.
Останнім часом велика увага приваблюють такі компоненти, що містяться у воді, як амонійний, нітритний, нітратний азот, які потрапляють у водойми, водотоки різними шляхами. Виявлення азоту в воді в значній мірі пов'язано з розкладанням белоксодержащіх органічних сполук, що надходять у водойми, водотоки зі стічними побутовими та промисловими водами. Крім зазначеного шляху можливе надходження азоту в вододжерела з атмосферними опадами, поверхневим стоком, при рекреаційному використанні водойм, водотоків. Істотним джерелом потрапляння азоту в водойми є тваринницькі комплекси. Велику небезпеку для водойм представляє поверхневий стік з сільськогосподарських угідь, де використовуються хімічні добрива, так як в їх склад часто входить азот. Одне з джерел надходження його в водойми - землі, піддані осушувальної меліорації. Все збільшується застосування азотних добрив, забруднення навколишнього середовища азотовмісними промисловими і побутовими відходами призводить до зростання вмісту амонійного, нітритного, нітратного азоту в воді, до забруднення ними води.
Разом з тим встановлено, що вони можуть надавати негативну дію на людину, тварин. Велика небезпека полягає в тому, що нітрити та нітрати здатні в організмі людини частково перетворюватися в висококанцерогенние (викликають ракові захворювання) нитрозосоединения. Останні мають також мутагенними і ембріотоксичними властивостями. Нітрити викликають руйнування вітаміну А в організмі тварин, знижують активність травних ферментів, викликають розлад шлунково-кишкового тракту. У доброякісної воді нітритів не повинно бути або можуть міститися тільки їх сліди. Дуже високі концентрації нітратів у воді діють на тварин токсично, викликаючи ураження нервової системи. При вживанні води, що містить 50-100 мг / дм 3 нітратів, підвищується рівень метгемоглобіну в крові і виникає захворювання метгемоглобінемія. Утворився метгемоглобін не здатний переносити кисень, тому при значному його вмісті в крові виникає кисневе голодування, коли надходження кисню до тканин (при зниженні його вмісту в крові) або здатність тканин використовувати кисень виявляються нижчими, ніж їх потреба в ньому. Внаслідок цього в життєво важливих органах розвиваються незворотні зміни. Найбільш чутливі до кисневої недостатності центральна нервова система, м'яз серця, тканини нирок, печінки. Ступінь вираженості метгемоглобінемії при надходженні нітратів у внутрішнє середовище організму залежить від віку і дози нітратів, від індивідуальних особливостей організмів. Рівень метгемоглобіну при одних і тих же дозах нітратів тим вище, чим менше вік організму. Встановлено і видова чутливість до метгемоглобінообразующему дії нітратів. Чутливість людини до нітратів перевищує чутливість до них деяких тварин.
- органогалогеновие з'єднання і речовини, які можуть утворювати такі сполуки у водному середовищі;
- речовини, препарати або продукти розпаду того, що, як було доведено, має канцерогенні або мутагенні властивості, а також властивості, які через водне середовище можуть впливати на репродуктивну функцію організму, функції щитовидної залози або інші функції, пов'язані з ендокринною системою;
- стійкі вуглеводні, стійкі і біоаккумуліруемие органічні речовини токсичної групи;
- метали та їх сполуки;
- миш'як і його з'єднання;
- біоциди та продукти захисту рослин;
- речовини, що сприяють евтрофірованію (зокрема, нітрати і фосфати);
- речовини, що несприятливо впливають на кисневий баланс.
Оцінка сучасного стану якості води в Білорусі, басейні Дніпра свідчить про наявність хімічного та інших видів забруднення. Так, в річки Білоруського Полісся скидаються різні хімічні інгредієнти, 12 з них відзначаються майже регулярно - зважені речовини, сульфати, хлориди, фосфати, азот амонійний, нітритний і нітратний, СПАР (синтетичні поверхнево-активні речовини), мідь, цинк, нікель, хром .
У зв'язку з небезпекою, яку представляють забруднюючі речовини, що потрапляють в навколишнє середовище, в тому числі у водойми, в різних країнах і в Білорусі здійснюється екологічне нормування. Система нормативно-технічного забезпечення включає нормативи ГДК і ПДС (гранично-допустимих скидів). ГДК (гранично-допустима концентрація) - це кількість шкідливої речовини в навколишньому середовищі при постійному контакті або при впливі за певний проміжок часу, практично не впливає на здоров'я людини і не викликає несприятливих наслідків у його потомства. Граничні значення речовини, при яких в організмі ще не може статися жодних незворотних патологічних змін, приймаються в якості ГДК. Значення ГДК встановлюється органами охорони здоров'я. Є ГДК для багатьох шкідливих, небезпечних речовин. Стосовно до таких речовин верхня межа не повинен перевищуватися, ні за яких умов. Основним засобом для дотримання ГДК є встановлення ПДВ (гранично-допустимих викидів). Вони є науково-технічним нормативом, встановленим для кожного джерела забруднення, виходячи з умови, що скиди забруднюючих речовин не створять концентрацій, що перевищують встановлені нормативи.
На території Республіки Білорусь діють санітарні норми, правила і гігієнічні нормативи, відображені в ряді документів:
ГДК деяких показників, наявних у зазначеній роботі, для водних об'єктів господарсько-питного та культурно-побутового призначення наступні: рН - 6-9 (РБ і РФ), 6,5-8,5 (Україна), кисень, мг / дм 3 (концентрація інших показників наводиться в таких же одиницях) - 4 (РБ, РФ, Україна), БСК5 (БПК - біохімічне споживання кисню, виражається концентрацією кисню в мг / дм 3. БСК5 - втрата кисню в 5-й добової пробі, дає уявлення про кількість розчинених і зважених речовин у воді) - 6,0 (РБ), 2,0-4,0 (РФ), 4,0 (Україна), амонійний азот-N - 1,0 ( Б), 2,0 (РФ, Україна), нітритний азот-N - 0,99 (РБ), 0,91 (РФ) і 1,0 (Україна), нітратний азот-N - 10,2 (РБ, РФ , Україна), РО4 Р - 0,2 (РБ), 1,14 (РФ, Україна), нафтопродукти - 0,3 (РБ, РФ, Україна), феноли - 0,001 (РБ, РФ, Україна), СПАР - 0,5 (РБ, РФ). Норми для джерел питного водопостачання: рН - 6,5-8,5 (ЄС), амонійний азот-N - 0,39 (ЄС), 1.5 (ВООЗ), нітритний азот-N - 0,91 (ВООЗ), нітратний азот -N - 11,3 (ЄС, ВООЗ), РО4 Р - 0,15 (ЄС).
У водоймах і водотоках відбувається природний процес самоочищення води. Доки промислово-побутові скиди були невеликі, водойми і водотоки самі справлялися з ними. У наше індустріальне століття, в зв'язку з різким збільшенням кількості відходів, відбувається порушення процесів самоочищення. Виникає необхідність знешкоджувати і очищати стічні води.
Очищення стічних вод - це обробка стічних вод з метою руйнування або видалення з них шкідливих речовин. Звільнення стічних вод від забруднення - складне виробництво. У ньому, як і в будь-якому іншому виробництві, є сировина (стічні води) та готова продукція (очищена вода). Схема очищення стічних вод дана на малюнку 21.5.
Малюнок 21.5 - Блок-схема очисних споруд каналізації
1 - стічна рідина; 2 - вузол механічного очищення; 3 - вузол біологічної очистки; 4 - вузол дезінфекції; 5 - вузол обробки осаду; 6 - очищена вода;
7 - оброблений осад. Суцільною лінією показано рух рідини, пунктиром - рух осаду
Методи очищення стічних вод можна розділити на механічні, хімічні, фізико-хімічні та біологічні, коли ж вони застосовуються разом, то метод очищення і знешкодження стічних вод називається комбінованим. Застосування того чи іншого методу в кожному конкретному випадку визначається характером забруднення і ступенем шкідливості домішок.
Індекс забруднення води. Обчислення ИЗВ ґрунтується на розрахунку середньорічних концентрацій шести інгредієнтів, два з яких є обов'язковими: розчинений кисень і БСК5. інші чотири вибираються виходячи з пріоритетності перевищення ГДК.
де Сi - концентрація i-го показника в воді, мг / дм 3;
ПДКi - гранично допустима по i -му показнику, мг / дм 3.
Клас якості і ступінь забруднення води визначаються з таблиці 21.3.
Таблиця 21.3 - Класифікація якості поверхневих вод за величиною ИЗВ