Вода обладает чрезвычайно ценным свойством непрерывного самовозобновления под влиянием солнечной радиации и самоочищения. Оно заключается в перемешивании загрязненной воды со всей ее массой и в дальнейшем процессе минерализации органических веществ и отмирании внесенных бактерий. Агентами самоочищения являются батерии, грибы и водоросли. Установлено, что в ходе бактериального самоочищения через 24 ч остается не более 50% бактерий, через 96 ч - 0,5%. Однако следует учитывать, что для обеспечения самоочищения загрязненных вод необходимо их многократное разбавление чистой водой. При сильном загрязнении самоочищения воды не происходит. В этих случаях необходимы специальные методы и средства для
482
очистки загрязнений, поступающих со сточными водами, с отходами сельскохозяйственного производства. Сточные воды очищаются механическим, физико-химическим, биологическим и другими методами (рис. 15.10).
Рис. 15.10. Блок-схема очистных сооружений канализации:1 - сточная жидкость; 2 - узел механической очистки; 3 - узел биологической очистки; 4 - узел дезинфекции; 5 - узел обработки осадка; 6 - очищенная вода; 7 - обработанный осадок. Сплошной линией показано движение жидкости, пунктиром - движение осадка
Для ликвидации бактериального загрязнения применяется обеззараживание, или дезинфекция, сточных вод. Сущность механического метода заключается в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. В зависимости от размеров грубодисперсные частицы улавливаются решетками и ситами различных конструкций, а поверхностные загрязнения - нефтеловушками, маслоуловителями, смолоуловителями и т.д. Механической очисткой можно достигнуть выделения из бытовых сточных вод до 60% нерастворимых примесей, а из производственных - до 95%.
Физико-химическая очистка состоит в добавлении к сточным водам химических реагентов, вступающих в реакцию с загрязняющими веществами и способствующих выпадению нерастворимых и частично растворимых веществ. В качестве адсорбентов применяют естественные и искусственные материалы. Естественные - это глины, торф, а искусственные - активированные угли. Из физико-химических методов широко применяется очистка воды от загрязнителей хлорированием (рис. 15. И).
Хлор - наиболее эффективное средство для обеззараживания воды. Он убивает микроорганизмы и вступает в реакцию с аммиаком. Оставшийся в избытке хлор растворяется в
#
Рис. 15.11. Очистка воды от загрязнителей хлорированием
483
воде, защищая тем самым воду от любого нового источника загрязнения.
Физико-химический метод очистки дает возможность уменьшить количество нерастворенных загрязняющих веществ сточных вод до 95% и растворенных до 25%.
Загрязненные сточные воды очищают также электролитическим методом (пропусканием электрического тока через загрязненные воды), с помощью ультразвука, озона, ионообменных смол и высокого давления.
Механический и физико-химический методы являются первыми этапами очистки сточных вод, после чего они направляются на биологическую очистку.
Метод биологической очистки заключается в минерализации органических загрязнений сточных вод при помощи аэробных биохимических процессов. После биологической очистки вода становится прозрачной, незагнивающей, содержащей растворенный кислород и нитраты. Есть несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод: биофильтры, аэротенки и биологические пруды. В биофильтрах сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Эта пленка является действующим началом в биофильтрах. Благодаря ей интенсивно протекают процессы биохимического окисления.
Аэротенки - это железобетонные резервуары, обычно больших размеров, через которые медленно протекают подвергающиеся аэрации сточные воды, смешанные с активным илом (рис. 15.12).
Рис. 15.12. Схема аэротенка-вытеснителя:1 - аэротенок; 2 - вторичный отстойник; 3 - сточная жидкость; 4 - иловая смесь; 5 - циркулирующий ил; 6 - избыточный активный ил; 7 - очищенная вода. Пунктиром показано движение ила, сплошной линией - движение воды
Очищающее начало аэротенков - активный ил из бактерий и микроскопических животных. Источниками питания и
484
бурного развития организмов активного ила служат загрязнения сточных вод органическими веществами и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Мельчайшие животные (инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и др.), пожирая бактерии, не слипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу ила. Следует отметить, что уже через несколько минут после контакта ила со сточной водой обычно концентрация в ней органических веществ снижается более чем наполовину. В целом содержание органического вещества в стоках в результате прохождения через аэротенки сокращается на 90%.
В естественных условиях для биологической доочистки сточных вод используют биологические пруды и поля орошения или поля фильтрации.
Биологические пруды - это неглубокие земляные резервуары, обычно 0,5-1 м, в которых происходят те же процессы, что и при самоочищении водоемов. Они работают при температуре не менее 6°С. Обычно их устраивают в виде А-5 серий на местности, имеющей уклон. Располагают ступенями так, что вода из верхнего пруда самотеком направляется в нижерасположенный. Поля фильтрации предназначены только для биологической доочистки (очистки) сточных вод. На полях орошения одновременно с очисткой вод производится выращивание кормовых сельскохозяйственных культур или трав (рис. 15.13).
Рис. 15.13. Биологическая очистка сточных вод на полях орошения (по Б. Небелу, 1993)
485
Выбор схемы очистки в конкретных условиях определяется показателями очищаемых вод, возможностью утилизации примесей и повторного использования очищенной воды для нужд производства. Отдельные виды промышленных сточных вод нуждаются в захоронении. Предоставление недр для захоронения вредных веществ, отходов производства и сброса сточных вод допускается в исключительных случаях и при соблюдении специальных требований.
Рассматривая меры по охране водных ресурсов, следует еще раз подчеркнуть, что сохранение в количественном и качественном отношении природных водоисточников является фундаментальным требованием, определяющим тактику и стратегию водохозяйственной деятельности.
Решение проблемы предотвращения загрязнения водоемов сточными водами состоит в создании безотходных технологических процессов. Под термином "безотходная технология" понимают комплекс мероприятий, до минимума сокращающий количество вредных выбросов. Одним из главных потребителей и загрязнителей воды является сельскохозяйственное производство. Вода - один из факторов урожая. Отсюда на орошаемых землях необходимо всеми силами и средствами беречь и экономить воду, сохранять при этом реки и озера в чистоте, не допускать смыва почвы, поступления агрохимикатов в реки и озера, следует вести борьбу с фильтрацией и другими потерями воды.
На неорошаемых землях применение высокой агротехники имеет особо важное значение в сохранении чистоты водных ресурсов. Правильно проведенная пахота и в целом обработка почвы применительно к конкретным условиям, агролесомелиоративные мероприятия способствуют накоплению влаги в почве и обеспечивают чистоту воды. В сохранении чистоты водоемов в сельскохозяйственных предприятиях должно уделяться внимание организации водопоя домашних животных, строительству животноводческих и других сельскохозяйственных помещений, утилизации навоза и т.д. На речном транспорте наибольшее значение имеет борьба с потерями нефтепродуктов при погрузке, выгрузке и транспортировке на судах, а также оборудование судов нефтеловушками и другими приспособлениями для сбора нефти с загрязненных вод. При речном сплаве леса основными методами борьбы с загрязнением рек являются строгое соблюдение технологии, прекращение молевого, т.е. сплава не в плотах, очистка рек от затонувшей древесины. В промышленности это главным образом строительство цеховых и общезаводских сооружений по очистке сточных вод, совершенствование технологического процесса производства и строительство утилизационных установок
486
для извлечения ценных веществ из сточных вод. Все большее значение на промышленных предприятиях приобретает применение оборотной системы водоснабжения или повторного использования воды (рис. 15.14).
Рис. 15.14. Схема оборотного водоснабжения с повторным использованием очищенных сточных вод:1 - водозабор; 2 - фильтровальная и насосная станции; 3 - градирни охлаждения оборотной воды; 4 - станция очистки (нейтрализации) сточных вод; 5 - станция биохимической очистки производственных и бытовых сточных вод; 6 - бассейн дополнительной очистки общего стока
В 1985 г. удельный вес оборотной и последовательно используемой воды на производственные нужды составлял 237,6 км3, или 71% всей необходимой для производственных процессов. На предприятиях Оренбуржья введение оборотной системы водоснабжения дало возможность повторно использовать 1 млрд 900 млн м3 воды в год. Река Урал стала чище.
Внедрение в Челябинске оборотного водоснабжения на промышленных предриятиях позволило резко сократить потребление речной воды с 8,8 до 5,5 тыс. м3 в сутки и уменьшить сброс сточных вод в канализацию.
Заслуживает внимания повторное использование очищенных сточных вод из систем канализации для орошения полей и лугов. Например, в Челябинской области в 80-90-х гг. XX в. очищенными стоками поливали поля на площади более 4,5 тыс. гектаров. Следовательно, оборотное водоснабжение является существенным резервом экономного использования воды и сохранения водоемов в чистоте. Но оно должно совершенствоваться, способствуя
487
снижению вредных стоков, отвечать правилам охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами. В соответствии с этими правилами предельно допустимой концентрацией (ПДК) примесей в воде считается такая концентрация, которая полностью исключает вредные действия на организм человека, не изменяет запах, вкус и цвет воды. Особое внимание уделяется питьевой воде, ее качеству. Она должна отвечать нормам ПДК, не содержать болезнетворных организмов, пленок, минеральных масел. Питьевая вода обязательно должна очищаться на водопроводных станциях. Контроль за ПДК осуществляется органами государственной санитарной службы.
Важным источником воды являются подземные воды. Как уже было отмечено, запасы подземных вод в России значительны. Так, подземные воды к востоку от Коркино, Еманжелинска и Красногорска в Челябинской области на протяжении многих десятилетий служили источником их водоснабжения. Эти воды с успехом могут использоваться и для орошения.
На Южном Урале для орошения полей целесообразно использовать воды шахт, подземные воды от откачки вод при добыче полезных ископаемых.
Важным источником чистой пресной воды для нужд промышленности, сельского хозяйства и даже для питьевых целей является опреснение морской воды. Опреснение морской воды с каждым годом проводится во все больших масштабах. Для укрепления здоровья людей и в лечебных целях применяются минеральные источники. Наибольшее их количество на Кавказе и в Закарпатье. Есть они на Урале, Зауралье и в других регионах России. Отношение к ним должно быть самое бережное, они должны использоваться рационально.
Стратегия эффективного и неразрушительного для природной среды водопользования диктует и тактику современной водохозяйственной деятельности: научное обоснование и долгосрочное прогнозирование водного хозяйства города, области, региона и связанных с этим изменений в природной среде; оптимальное планирование и последовательное осуществление разумного водохозяйственного строительства; системный подход к решению вопросов. Значительную и весьма положительную роль в осуществлении этих задач играют математическое моделирование, мониторинг и прогнозирование. Математическое моделирование дает возможность рассчитать качество воды, концентрацию примесей, состояние флоры и фауны водных систем в зависимости от антропогенных нагрузок и гидрометеорологических условий. Моделирование позволяет прогнозировать состояние водоемов, научно обосновать все возможности при строительстве промышленных
488
предприятии, развитии орошения сельскохозяйственных угодий и других народнохозяйственных мероприятий. Пример реализации и практического использования математического моделирования - модели Азовского, Каспийского, Балтийского морей, озера Байкал и других объектов. В конце XX в.математические модели и получаемые на их основе долгосрочные прогнозы используются для научного обоснования любого крупного водохозяйственного мероприятия.
489
